§ 11. Силы трения

Весьма распространенным взаимодействием тел является трение. Сила, препятствующая скольжению соприкасающихся тел друг относительно друга, называется силой трения. Она направлена по касательной к поверхности соприкосновения тел противоположно скорости скольжения данного тела (трение скольжения). Трение существует и в случае неподвижных относительно друг друга тел (трение покоя). Максимальная сила трения покоя равна по величине той наименьшей внешней силе, которая вызывает скольжение тел. С момента начала скольжения сила трения несколько уменьшается (сила трения скольжения всегда меньше максимальной силы трения покоя).

Благодаря трению равномерное прямолинейное движение тела возможно только тогда, когда сила трения скольжения уравновешена внешней (движущей) силой.

Трение обусловлено шероховатостью соприкасающихся поверхностей — взаимным зацеплением выступов на них. При достаточно гладких поверхностях главной причиной трения становятся силы сцепления между молекулами трущихся поверхностей (см. § 36).

Опыт показывает, что сила трения приблизительно пропорциональна силе прижимающей соприкасающиеся тела друг к другу (т. е. силе нормального давления:

Множитель называется коэффициентом трения. Он зависит от рода вещества и качества обработки трущихся поверхностей. В некоторой мере он зависит также от относительной скорости скольжения и от внешних условий (температуры, влажности и т. п.). Следует подчеркнуть, что коэффициент трения является довольно грубой характеристикой сил трения. Определяется он экспериментально по формуле (13). В технических таблицах обычно даются средние значения коэффициента трения. Например, для стали по стали для стали по дереву

Трение играет большую роль в природе и технике. Посредством трения осуществляется необратимый переход всех видов энергии в теплоту (см. ч. II, гл. XI). Благодаря трению приходит в движение и останавливается транспорт. Действие органов передвижения и хватательных органов живых существ основано на трении скольжения. Трение удерживает корни растений в почве, песок — в железнодорожной насыпи и т. п.

В сельскохозяйственной практике на различии значений коэффициента трения у семян разных зерновых культур основано разделение смеси этих семян на составные части. Смесь зерен, например овса и проса, медленно высыпается из бункера на движущуюся бесконечную ленту, расположенную под углом к горизонту. Угол наклона ленты подбирается так, чтобы зерна овса удерживались на ней силой трения и увлекались вверх, а зерна проса, у которых коэффициент трения с материалом ленты меньше, чем у зерен овса, скользили по ленте вниз. В результате зерна овса и проса будут ссыпаться с разных сторон «ленточного сепаратора».

В тех случаях, когда трение играет вредную роль, его уменьшают, помещая между трущимися поверхностями вязкую жидкость (смазку). Тем самым внешнее трение твердых тел заменяют значительно меньшим внутренним трением жидкости, с которым мы ознакомимся в § 58.

Другой способ уменьшения трения — замена скольжения качением: применение колес, катков, шариковых и роликовых подшипников. Коэффициент трения качения в десятки раз меньше коэффициента трения скольжения. Существенно, что сила трения качения обратно пропорциональна радиусу катящегося тела. В связи с этим у транспорта, предназначенного для движения по плохим дорогам (у телег,

например), колеса имеют большой радиус. Сила трения качения выражается формулой

где - сила нормального давления, радиус катящегося тела, коэффициент трения, зависящий от свойств материала соприкасающихся поверхностей; как видно из формулы, имеет размерность длины.

В природе трение качения встречается редко. Можно только указать на шарообразность семян некоторых растений (горох, каштан, орех), способствующую откатыванию этих семян на более далекие расстояния от материнского растения.