Сила трения

Сила трения скольжения

Из-за возникновения силы трения перестают вращаться колёса в роликах, заедает замок, плохо переключаются передачи велосипеда. Может показаться, что сила трения – это какая-то плохая сила, которая нам только мешает. Но это не так: сила трения очень полезна, если правильно ею пользоваться.

Сила трения возникает из-за двух основных причин:

• Неровность поверхностей
  • Если мы посмотрим на поверхность даже самого гладкого тела под микроскопом, то окажется, что это тело не такое уж и гладкое. Примерный рисунок:
• Сила притяжения молекул
  • Молекулы двух тел обладают силой притяжения, что и будет вызывать силу трения. Подробнее о том, как действует сила притяжения между молекулами, написано во взаимодействии молекул.

При возникновении силы трения мы можем утверждать, что она всегда направлена в сторону, противоположную относительному движению соприкасающихся поверхностей. Именно относительному, а не просто движению тела: когда автомобиль трогается с места, колесо проворачивается назад относительно асфальта, а сила трения толкает его вперёд – и именно она разгоняет машину. Можно постараться устранить две эти причины, чтобы минимизировать силу трения, но полностью от неё избавиться не получится.

Силу трения скольжения не только описывают словами – её умеют и считать. Зависит она всего от двух вещей: от того, насколько сильно тела прижаты друг к другу, и от того, из чего эти тела сделаны:

где:

• $\mu$ – коэффициент трения, число без единицы измерения
• $N$ – сила нормального давления, то есть то, с какой силой тела прижаты друг к другу, $\left[Н\right]$

Коэффициент трения $\mu$ – это и есть то самое число, которое отвечает за «из чего сделаны тела». У резины по сухому асфальту он около $0{,}7$, а у стали по льду – около $0{,}02$: вот почему на коньках мы катимся, а в кроссовках по асфальту нет. Если тело просто лежит на горизонтальном столе, то прижимает его к столу вес, и формула превращается в $F_{тр} = \mu m g$.

Сила трения качения

Представим, что у нас есть большой ящик, в котором лежит много вещей, и этот ящик нам нужно дотащить до вокзала, чтобы отправиться с ним в другой город. Нести такой ящик неудобно, тащить тоже неудобно, поэтому мы решили приделать к этому ящику колёсики, и теперь это не ящик, а чемодан! Мы заменили силу трения на силу трения качения. Силу трения качения легко отличить от простой силы трения по тому, что при трении качения есть что-то похожее на колесо. Сила трения качения меньше простой силы трения в десятки, а то и в сотни раз для одинаковых тел.

Сила трения покоя

Мне кажется, что на вопрос о том, что случилось бы, если бы сила трения пропала, вы могли ответить, что все предметы с вашего стола скатились бы. Скорее всего, именно это бы и произошло, но этого не происходит, так как существует сила трения, а именно – сила трения покоя.

Сила трения покоя возникает, когда какая-то сила пытается сдвинуть тело, но тело не сдвигается. Если мы будем рассматривать две одинаковые поверхности, то максимальная сила трения покоя всегда будет больше силы трения скольжения. Слово «максимальная» тут стоит не для красоты: сила трения покоя подстраивается под то, с какой силой мы толкаем тело. Толкаем слабо – и она такая же слабая, но тело держит; давим сильнее – и она растёт вместе с нами, но только до какого-то предела. Как только мы этот предел перешли, тело срывается с места, и дальше работает уже трение скольжения.

Именно из-за силы трения покоя скрипка звучит, дверь скрипит, а шнурки не развязываются.