§ 48. СИЛА ТРЕНИЯ. ТРЕНИЕ ПОКОЯ

Мы уже говорили об одном проявлении электрических взаимодействий между телами — силе упругости. Другим проявлением электрических взаимодействий является сила трения, о которой мы не раз упоминали. О ней и нельзя не упоминать, потому что в земных условиях она сопутствует любому движению тел. Именно из-за этой силы всякое движение тела в конце концов прекращается, если оно не поддерживается какой-нибудь другой силой, например силой упругости или силой тяжести.

Сила трения возникает при непосредственном соприкосновении тел и всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения в отличие от силы упругости, направленной перпендикулярно этой поверхности.

Проследим на опыте за возникновением силы трения.

На столе помещено некоторое тело (рис. 115). К нему прикреплен динамометр, который нитью, перекинутой через блок, связан с грузом. Тело находится в покое.

На тело действует сила параллельная поверхности соприкосновения его со столом и равная по абсолютному значению весу груза. Ее и показывает динамометр. Кроме того, на тело действует сила тяжести и уравновешивающая ее сила реакции, вызванная деформацией стола, направленная перпендикулярно поверхности соприкосновения тела со столом. Если груз недостаточно велик, тело остается в покое. Это значит, что вместе с силой на тело действует еще одна сила равная ей численно, но направленная в противоположную сторону: Это и есть сила трения, ее называют силой трения покоя.

Рис. 115

Рис. 116

Увеличим груз, прикрепив к нему большую гирю. Динамометр покажет, что сила увеличилась. Но тело по-прежнему остается в покое. Значит, вместе с силой увеличилась и сила трения покоя, так что эти две силы, как и прежде, равны и направлены противоположно друг другу. В этом и состоит главная особенность силы трения покоя.

Сила трения покоя всегда равна по абсолюшому значению и направлена противоположно силе, приложенной к телу параллельно поверхности соприкосновения его с другим телом.

Наконец, при некотором определенном значении массы груза тело сдвинется и начнет скользить. Существует, следовательно, определенная максимальная сила трения покоя. И только тогда, когда параллельная поверхности сила становится хотя бы немного больше нее, тело получает ускорение.

Сила трения покоя — это и есть та сила, которая мешает нам сдвинуть с места тяжелый предмет: шкаф, стол, ящик и т. д.

Но почему важно то, что предмет тяжелый? Ведь двигаем его мы не вверх, не против силы тяжести!

На этот вопрос отвечает опыт.

Поместим на тело дополнительный груз, чтобы сильнее прижать тело к столу (рис. 116) (вместо этого его можно прижать рукой, пружиной и т. д.). Этим мы увеличиваем силу, направленную перпендикулярно поверхности соприкосновения тела и стола. Эту силу называют силой давления. Если теперь мы снова измерим максимальную силу трения покоя, т. е. силу, которая нужна, чтобы тело начало скользить, то увидим, что она увеличилась как раз во столько раз, во сколько раз мы увеличили силу давления.

Максимальная сила трения покоя пропорциональна силе давления.

Если обозначить абсолютные значения силы давления через А, а максимальной силы трения покоя через то можно написать:

где (греческая буква «мю») — коэффициент пропорциональности

Мы говорили, что сила трения препятствует началу движения. Но, с другой стороны, бывают такие случаи, когда именно

Рис. 117

Рис. 118

сила трения покоя служит причиной изменения движения тела. Так, например, при ходьбе именно сила трения покоя действующая на подошву, сообщает нам ускорение (рис. 117). Ведь подошва не скользит назад, и, значит, трение между ней и почвой — это трение покоя. А если подошва скользит, то и ходьба невозможна. Сила же равная и противоположная сообщает ускорение Земле. Таким же образом колеса автомобилей и других самодвижущихся повозок как бы отталкиваются от земли, и эта толкающая сила есть сила трения покоя.

Когда в ременной передаче ремень заставляет вращаться шкив (рис. 118), то силой, сообщающей ускорение ободу шкива, тоже является сила трения покоя между приводным ремнем и шкивом.