Трение

Откуда берётся трение

Любая поверхность неровная, даже отполированная. Под увеличением видны выступы и впадины.

При движении выступы одного тела цепляются за выступы другого, сминаются и мешают скользить. Отсюда первая причина трения.

Вторая причина глубже: молекулы соприкасающихся тел притягиваются друг к другу. У очень гладких поверхностей она становится главной.

Поэтому идеально отшлифованные пластинки скользят не лучше, а хуже: они прилипают.

Проверить обе причины можно на пыли. Тонкий слой песка между досками добавляет зацепов, а капля масла убирает притяжение молекул, и трение падает.

Три вида трения

Трение покоя удерживает тело на месте, пока приложенная сила не станет достаточно большой. Именно оно не даёт шкафу поехать от лёгкого толчка.

Стоит телу поехать, и появляется трение скольжения. Обычно оно чуть меньше трения покоя, поэтому сдвинуть шкаф труднее, чем потом двигать.

Под колесом или шариком работает трение качения. Оно в десятки раз меньше скольжения, и на этом стоит вся техника с колёсами.

Разница между видами трения огромна. Одни и те же сани по снегу тащат вдвоём, а на полозьях с катками увозит один человек.

Как измеряют силу трения

К бруску цепляют динамометр и тянут его равномерно по столу. Пока брусок движется без разгона, показание динамометра равно силе трения.

Опыт легко продолжить. Положи на брусок груз, и трение вырастет: тела прижаты сильнее.

Смени поверхность на наждачную бумагу, и трение вырастет снова. Подложи два карандаша, и брусок покатится почти сам.

Где трение мешает

В любом механизме трение съедает часть работы и превращает её в тепло. Детали греются и стираются.

Чтобы этого избежать, поверхности смазывают. Слой масла разделяет детали, и вместо сухого трения появляется трение слоёв жидкости, которое во много раз меньше.

Второй способ это подшипники. Скольжение заменяют качением шариков или роликов, и потери сразу падают.

Третий способ применяют в поездах на магнитной подвеске. Между составом и путём вообще нет касания, а значит нет и трения о рельсы.

Где трение необходимо

Без трения нельзя было бы ходить: нога отталкивается от земли только потому, что не проскальзывает.

Тормоза автомобиля работают на трении колодок о диск, а сами колёса держат дорогу тоже трением.

Гвоздь сидит в доске, узел не развязывается, ремень передаёт вращение от одного шкива к другому. Всё это трение.

Зимой его специально увеличивают: посыпают дорожки песком, ставят шипованные шины, а на лыжи, наоборот, наносят мазь, чтобы уменьшить.

Трение в жидкости и газе

Тело, движущееся в воде или воздухе, тоже испытывает сопротивление. Оно растёт вместе со скоростью.

При малой скорости сопротивление почти незаметно, при большой становится главной помехой. Поэтому у самолёта, поезда и рыбы похожие обтекаемые формы.

У жидкого трения есть приятная особенность: трения покоя в нём нет. Гружёную баржу можно сдвинуть рукой, хотя разогнать её быстро не выйдет.

Отсюда и форма судна. Острый нос и гладкий корпус нужны затем, чтобы вода расступалась плавно и уносила с собой меньше движения.

Про силы вообще и про то, как их складывают, речь шла в уроке «Сила и её измерение». Куда девается работа, потраченная на преодоление трения, объясняет урок «Внутренняя энергия».