§ 49. СИЛА ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ

В предыдущем параграфе мы выяснили, что если сила, приложенная к телу параллельно поверхности соприкосновения его с другим телом, хотя бы немного превосходит максимальную силу трения покоя, тело получает ускорение и начинает скользить по поверхности другого тела. Но и в этом случае на тело действует сила трения. Только теперь это сила трения скольжения. Измерение показывает, что по абсолютному значению она приблизительно равна максимальной силе трения покоя. Направлена же сила трения скольжения (в дальнейшем мы будем говорить просто сила трения) всегда в сторону, противоположную направлению относительной скорости соприкасающихся тел. Это самая важная особенность силы трения.

Направление силы трения (скольжения) противоположно направлению скорости движения тела относительно соприкасающегося с ним тела.

Ускорение, сообщаемое телу силой трения, также направлено противоположно направлению его относительной скорости, т. е. сила трения скольжения всегда приводит к уменьшению относительной скорости тела.

Так же как и максимальная сила трения покоя, сила трения скольжения пропорциональна силе давления, действующей на тело:

Рис. 119

Коэффициент пропорциональности здесь тот же, что и в формуле для максимальной силы трения покоя.

Из формулы для силы трения видно, что коэффициент равен отношению силы трения к силе давления:

Значит, коэффициент трения — число отвлеченное (безразмерное).

Обычно коэффициент трения меньше единицы. Это значит, что сила трения меньше силы давления. Если, например, коэффициент трения бруска о поверхность стола (рис. 119) равен 0,5, то это значит, что при весе бруска в 20 н его можно сдвинуть с места и двигать по столу, приложив к нему силу в Юн.

Коэффициент трения характеризует не тело, на которое действует сила трения, а сразу два тела, трущиеся друг о друга. Значение его зависит от того, из каких материалов сделаны трущиеся тела, как обработаны их поверхности, от чистоты поверхностей и т. д. Опыты показали, что сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей и от положения одного из тел относительно другого. Коэффициент трения, например, конька о лед одинаков на всем протяжении ледяной дорожки, если, конечно, поверхность льда всюду одинакова. Таким образом, сила трения является исключением из общего правила, по которому сила, действующая на тело, зависит от его положения относительно того тела, с которым оно взаимодействует. Сила трения, оказывается, зависит не от положения тела, а от его скорости. Впрочем, абсолютное значение силы трения двух твердых тел от их относительной скорости тоже мало зависит. Зависимость силы трения от скорости состоит в том, что при изменении направления скорости изменяется и направление силы трения. Значения коэффициента трения для некоторых материалов указаны в приведенной ниже таблице:

Эти значения коэффициента трения относятся к случаю, когда поверхности тел не смазаны. Смазка существенно уменьшает силу трения. Например, сталь по стали со смазкой скользит так же легко, как сталь по льду — коэффициент трения составляет всего 0,04.

Рис. 120

Почему же возникают силы трения?

Возникновение силы трения связано с явлениями на поверхностях соприкосновения тел. Какими бы гладкими ни казались поверхности соприкосновения, они на самом деле всегда шероховаты: на них имеются горбики и впадины, хорошо заметные в микроскоп (рис. 120). Когда мы пытаемся двигать одно тело по поверхности другого, эти бесчисленные горбики деформируются и возникают силы, очень похожие на силы упругости. Чем больше деформация маленьких выступов на поверхности, тем больше и сила, стремящаяся привести тело в движение. Вот почему сила трения покоя всегда равна внешней силе. Когда же начинается скольжение, выступы на поверхностях тел разрушаются. Вместо них образуются новые неровности, которые тоже будут разрушаться и т. д. Этим объясняется износ трущихся поверхностей.

Заметим в заключение, что треиие между соприкасающимися твердыми телами называют сухим трением.

Упражнение 26

1. При каких условиях возникает сила трения покоя?

2. Действует ли сила трения покоя на стол, стоящий в комнате? Что нужно сделать, чтобы такая сила появилась?

3. Мальчик толкает книжный шкаф с максимально возможным для него усилием, но не может сдвинуть его. Нет ли здесь нарушения второго закона Ньютона, согласно которому тело, на которое действует сила, получает ускорение?

4. Какая сила должна быть приложена к телу, расположенному на горизонтальной плоскости, чтобы сдвинуть его на этой плоскости?

5. Вычислите силу, с которой нужно толкать деревянный брус массой 20 кг по деревянному полу с постоянной скоростью. Как будет двигаться брус, если к нему будет приложена сила большая, чем вычисленная?

6. К стальному ящику массой 500 кг, стоящему на бетонном полу, приложена в горизонтальном направлении постоянная сила, равная 1 600 н. Будет ли под действием такой силы ящик двигаться? Если да, то как он будет двигаться: равномерно или ускоренно?

7. При длительной работе лошадь развивает силу в 600 н. Какой максимальный груз она может везти на санях, масса которых 100 кг, еслй коэффициент трения полозьев саней о снег равен 0,05?