Реферат на тему полезные и не полезные трения
Сила трения встречается буквально на каждом шагу. Но знают ли люди, зачем она нужна? В чем вред и польза силы трения? Попробуем разобраться.
Предисловие
На земные объекты действует несколько сил, которые тесно взаимосвязаны между собой и влияют на жизнедеятельность тел. Прежде всего, это сила тяжести, упругости (внутреннее сопротивление тел в ответ на смещение их молекул) и реакции опоры. Но есть еще она очень важная физическая величина, называемая силой трения. Она в отличие от силы тяготения и упругости не зависит от расположения тел. При ее изучении действуют иные законы: коэффициент трения скольжения и сила реакции опоры. Например, если понадобится сдвинуть тяжеловесный шкаф, то с первой же минуты станет понятно, что сделать это непросто. Кроме того, при выполнении данной задачи присутствуют определенные помехи. Что же препятствует усилиям, приложенным к шкафу? А мешает этому не что иное, как сила трения, принцип действия которой изучают еще в школе. Курс физики за 7 класс подробно рассказывает об этом явлении.
Что у нас под ногами?
С ней люди сталкиваются очень часто. Польза трения в том, что мы бы и шагу ступить не смогли, не будь этой физической величины. Именно она удерживает нашу обувь на той поверхности, куда мы ступаем. Каждый из нас ходил по очень скользким поверхностям, например, по льду, и не понаслышке знает, что это очень тяжело. Почему так происходит? Прежде чем рассказать о том, в чем вред и польза силы трения, определимся с тем, что это такое.
Суть понятия
Силой трения называется взаимодействие двух тел, возникающее в месте их соприкосновения и препятствующее их движению относительно друг друга. Различают несколько видов трения – покоя, скольжения и качения.
Причины возникновения
Первая из причин заключается в неизменной шероховатости поверхностей. Именно этот показатель влияет на то, какой вид силы трения будет иметь место. Если речь идет о гладких поверхностях, например, о покрытой металлом крыше или о ледяных участках, то их шероховатость почти не видна, однако это не значит, что ее нет – она присутствует на микроскопическом уровне. В этом случае будет действовать сила трения скольжения. Но если говорить о шкафе, стоящем на ковре, то здесь шероховатости двух объектов будут значительно препятствовать взаимному движению. Второй причиной является электромагнитное молекулярное отталкивание, которое происходит в месте контакта объектов.
Трение покоя
Что происходит в случае, когда мы пытаемся сдвинуть с места шкаф, однако нам не удается переместить его ни на сантиметр. Что удерживает предмет на одном месте? Это сила трения покоя. Дело в том, что приложенные усилия компенсируются силой сухого трения, возникающей между шкафом и полом.
Вред и польза силы трения покоя
Именно сила трения покоя не дает самостоятельно развязаться шнуркам на наших ботинках, выпасть гвоздю, который мы только что вбили в стену, удерживает на месте шкаф. Без нее было бы невозможно передвигаться по земной поверхности ни людям, ни животным, ни автомобилям. Вред трения также присутствует. Он бывает в довольно глобальных масштабах, например, сила трения покоя может привести к деформации обшивки кораблей.
Научное обоснование
Для того чтобы передвинуть шкаф, необходимо приложить к нему силу, которая превзойдет трение. То есть до тех пор, пока применяемые усилия меньше показателя силы трения, мебель останется на месте. Помимо указанных факторов, есть еще сила реакции опоры, которая направленна перпендикулярно плоскости. Она зависит от материала, из которого сделан пол (здесь задействована также сила упругости). Также существует коэффициент трения, зависящий от того, из чего состоят обе поверхности, взаимодействующие друг с другом. Поэтому сила трения, действующая на шкаф, равняется коэффициенту трения, который умножается на силу реакции опоры (поверхности).
Трение скольжения
Итак, чтобы пересилить трение, мы попросили кого-нибудь нам помочь сдвинуть шкаф с места. Что мы обнаружили? Что после того, как мы приложили силу, которая превысила силу трения покоя, шкаф не только сместился, но и некоторое время продолжал двигаться в необходимую сторону, разумеется, с нашей помощью. А потраченные усилия были примерно одинаковы в течение всего пути. В этом случае нам препятствовала сила трения скольжения, направленная в противоположную от приложенного воздействия сторону. Стоит заметить, что ее сопротивление гораздо ниже, нежели у силы трения покоя. Чтобы снизить этот показатель, при необходимости применяются различные смазочные материалы.
Сила трения качения
Если мы вспомним, что когда-нибудь придется двигать шкаф обратно, то решим оснастить его колесиками. В этом случае возникающее взаимодействие будет называться трением качения, поскольку предмет уже будет не скользить, а катиться по поверхности. Катящиеся колесики будут немного вдавливаться в ковер, образовывая бугорок, который нам необходимо будет преодолеть. Этим и обуславливается сила трения качения. Разумеется, если мы покатим шкаф не по ковру, а, например, по паркету, то переместить его будет еще легче, за счет того, что поверхность паркета тверже поверхности ковра. По той же причине велосипедистам ехать по шоссе куда проще, чем по пляжу с мелким песком.
Неоднозначный вопрос
В чем состоит вред и польза силы трения любого типа? Разумеется, приведенные примеры несколько утрированы – в жизни все немного сложнее. Однако несмотря на то, что сила трения имеет очевидные минусы, создающие ряд сложностей в жизни, ясно, что без нее проблем было бы гораздо больше. Поэтому у данной величины есть свои недостатки и преимущества.
Негативные примеры
Среди примеров вреда этой силы на одном из первых мест стоит проблема перемещения тяжеловесных грузов, быстрого изнашивания любимых вещей, а также невозможности создать вечный двигатель, поскольку из-за трения любое движение рано или поздно прекращается, требуя стороннего вмешательства.
Положительные моменты
Среди примеров полезности этой силы то, что мы можем спокойно ходить по земле, не поскальзываясь на каждом шагу, наша одежда прочно сидит и мгновенно не приходит в негодность, поскольку нити ткани удерживаются благодаря трению. Кроме того, люди используют принцип действия этой силы, посыпая скользкие дороги, из-за чего удается избежать множества аварий и травм.
Выводы
Человечество научилось взаимодействовать с данной физической величиной, увеличивая и уменьшая ее в зависимости от поставленных целей. Наша непосредственная задача – попытаться использовать ее максимально эффективно.
Источник
Слайд 2
Что такое трение? Трение — процесс взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде. По-другому называется фрикционным взаимодействием. Изучением процессов трения занимается раздел физики, который называется механикой фрикционного взаимодействия, или трибологией. Трение главным образом имеет электронную природу при условии, что вещество находится в нормальном состоянии. В сверхпроводящем состоянии вдалеке от критической температуры основным «источником» трения являются фононы, а коэффициент трения может уменьшиться в несколько раз.
Слайд 3
Сила трения Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению. Причиной возникновения трения является шероховатость трущихся поверхностей и взаимодействие молекул этих поверхностей. Сила трения зависит от материала трущихся поверхностей и от того, насколько сильно эти поверхности прижаты друг к другу.
Слайд 4
Разновидности силы трения При наличии относительного движения двух контактирующих тел силы трения, возникающие при их взаимодействии, можно подразделить на:
Слайд 5
Трение скольжения Сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения.
Слайд 6
Трение качения Момент сил, возникающий при качении одного из двух контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого.
Слайд 7
Трение покоя Сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга. Возникает при микро перемещениях контактирующих тел.
Слайд 8
Характер фрикционного взаимодействия В физике взаимодействие трения принято разделять на: Сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазками; Граничное, когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и так далее) — наиболее распространённый случай при трении скольжения. Смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения; Жидкостное (вязкое), при взаимодействии тел, разделённых слоем твёрдого тела (порошком графита), жидкости или газа (смазки) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость, величина вязкого трения характеризуется вязкостью среды; Эластогидродинамическое (вязкоупругое), когда решающее значение имеет внутреннее трение в смазывающем материале. Возникает при увеличении относительных скоростей перемещения.
Слайд 9
Вред трения в технике и природе В большинстве традиционных механизмов (ДВС, автомобили, зубчатые шестерни и пр.) трение играет отрицательную роль, уменьшая КПД механизма. Для уменьшения силы трения используются различные натуральные и синтетические масла и смазки. В современных механизмах для этой цели используется также напыление покрытий (тонких плёнок) на детали; Проблема перемещения больших грузов ; Проблема изнашивания трущихся поверхностей, а также невозможность создания вечного двигателя, так как из-за трения любое движение рано или поздно останавливается, требуя постоянного стороннего воздействия; Получение ушибов и ссадин в результате трения о твёрдую поверхность; Расходуется много горючего.
Слайд 10
Вред трения в технике и природе
Слайд 11
Польза трения в технике и природе Лианы, хмель, горох, бобы и другие вьющиеся растения благодаря трению могут цепляться за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету; Чтобы увеличить сцепление с грунтом, стволами деревьев, на конечностях животных имеется целый ряд различных приспособлений: когти, острые края копыт, подковные шипы, тело пресмыкающихся покрыто бугорками и чешуйками; Автомобиль может тормозить; Человек может ходить по земле; Одежда не разваливается, так как нитки в ткани удерживаются; Приводит в движение детали различных механизмов, которое в дальнейшем приводит к движению самих этих механизмов и машин (генератор, конвейер предприятия, станок, движущая машина и др.)
Слайд 12
Польза трения в технике и природе
Слайд 13
Вывод Сила трения играет огромную роль не только в технике, но и в живой природе. Без силы трения животные и люди не смогли бы передвигаться, а растения не смогли бы распространять семена. Без силы трения вся живая природа не смогла бы существовать.
Источник
Похожие главы из других работ:
Материя, движение, пространство, время
Сила трения. Трение покоя
В земных условиях трение и сила трения всегда сопутствуют механическому движению. Сила трения возникает при непосредственном соприкосновении тел и всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения. Этим она отличается от силы упругости…
Поверочно-конструкторский расчет парового котла БКЗ-75-39 ФБ
2.3.1 Полезное тепловыделение в топке
, где
— располагаемое тепло топлива, = 3850 ккал/кг;
q3 — химический недожог, q3=0,5%;
q4 — механический недожог, q4=2%;
q6 — потери тепла со шлаками, q6=0;
QВ — количество тепла вносимого в топку с воздухом:
по заданным tГВ=290оС и tХВ=30оС пользуясь таблицей 1.3…
Проектирование системы отопления многоквартирного трехэтажного жилого дома в селе Никольское Кадуйского района Вологодской области
5.6 Расчет ОЦК по методу удельных потерь давления на трение
Расчет состоит из двух этапов:
а) предварительный расчет;
б) окончательный расчет.
Предварительный расчет заключается в подборе ориентировочных диаметров участков ОЦК…
Расчет гидравлической сети
5. Нахождение потерь на трение
Трение внутри потока жидкости зависит от скорости ее движения, диаметра и длины трубопровода. Определяется уравнением Дарси-Вейсбаха:
hтр = л* *…
Расчет гидравлической сети
5.1 Потери на трение для первой трубы
hтр = 0,026 * = 2…
Расчет гидравлической сети
5.2 Потери на трение для второй трубы
hтр = 0,026 * = 58…
Сила трения
Вредное и полезное трение
Трение может быть как вредным так и полезным.
Трение тормозит движение; на преодоление трения всех видов расходуется громадное количество ценного топлива. Трение вызывает износ трущихся поверхностей: стираются подошвы, шины автомобилей…
Сила трения
Трение в жизни растений и животных
В жизни многих растений трение играет положительную роль. Например, лианы, хмель, горох, бобы и другие вьющиеся растения благодаря трению могут цепляться за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету…
Теория гидродинамической смазки в гидравлике
3 Трение смазочного слоя между шипом и подшипником
Движение вязкой жидкости, заключенной в смазочном слое между шипом и подшипником, было сначала исследовано Н.П. Петровым, который положил основание гидродинамической теории шипа. Н.П…
Трение: вредное, полезное, любопытное
2.2 Трение скольжения
Начнем с трения скольжения. Что же такое трение скольжения? Трение скольжения — это сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих тел относительно другого и действующая на это тело в сторону…
Трение: вредное, полезное, любопытное
2.3 Трение покоя
Сухое трение имеет ещё одну существенную особенность: наличие трения покоя. В жидкости или газе трение возникает только при движении тела, и тело можно сдвинуть, приложив к нему даже очень маленькую силу…
Трение: вредное, полезное, любопытное
2.4 Трение качения
Давайте рассмотри третий вид трения. Это трение качения. Сила трения качения определяется как сила, необходимая для равномерного прямолинейного качения тела по горизонтальной плоскости. Опытом установлено…
Трение: вредное, полезное, любопытное
2.9 Любознательное трение
С трением связанно очень много интересных вещей и событий. Я хочу рассказать вам о некоторых из них. В конце прошлого века английский промышленник Гарвей прислал в Россию образцы новых броневых плит для защиты кораблей…
Трение: вредное, полезное, любопытное
2.10 Трение в жизни растений и животных
В жизни многих растений трение играет положительную роль. Например, лианы, хмель, горох, бобы и другие вьющиеся растения благодаря трению могут цепляться за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету (рис. 32)…
Физические основы гидродинамики
1.3 Внутреннее трение (вязкость) жидкости. Формула Ньютона
При течении реальной жидкости между слоями, перемещающимися с различной скоростью, возникают силы внутреннего трения (вязкости). Эти силы, касательные к слоям, направлены так, что ускоряют медленно движущиеся слои и замедляют быстро движущиеся…
Источник
(Назад)
(Cкачать работу)
Функция «чтения» служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«ШАХОВСКАЯ ГИМНАЗИЯ»
Реферат по физике
Трение: вредное, полезное, любопытное
Выполнил: Исаенко Николай
учащийся 10 класса
Руководитель: Королев Юрий Алексеевич,
учитель физики
п. Шаховская 2013
Оглавление
1. Введение
. Основная часть
.1 История развития учения о трении
.2 Трение скольжения
.3 Трение покоя
.4 Трение качения
.5 Способы уменьшения трения
.6 Вредное и полезное трение
.7 Формула Эйлера
.8 Конус трения
.9 Любознательное трение
.10 Трение в жизни растений и животных
.11 Мир без трения
Заключение
Список литературы
1. Введение
В наше время знание основ физики необходимо каждому, чтобы иметь правильное представление об окружающем. Среди всех изучаемых предметов физика является одних из тех, которые вызывают у меня большой интерес. Я хочу повышать и совершенствовать свои знания в этой трудной, но увлекательной науке. Учебно-исследовательская реферативная деятельность дает мне такую возможность.
Трение, хотя и изучается в 7 классе, остается одним из самых трудных вопросов естествознания. В работе я описываю виды трения и причины возникновения каждого из них.
В исследовании собраны данные о новых открытиях в этой области и о применении этих открытий. Особый интерес представляет раздел «Трение в живой природе». Как мудро всё устроено в нашем мире! Каждое животное использует силу трения для того, чтобы быстрее двигаться, крепче держать добычу. При этом решая важную задачу его регулирования. Ведь трение не всегда наш помощник, во многих случаях с ним приходится бороться. Много собрано интересного материала по всем разделам представленной работы.
Трение встречается буквально на каждом шагу, без него и шага не сделаешь. Держу ручку в руке — трение, стоят на столе всякие предметы, не соскальзывают — трение; гвозди держат полку с книгами, не вылезают из стены — трение. Куда не бросишь свой взгляд, кругом трение, трение, трение…
Трение поругивают, когда оно препятствует движению, похваливают, когда трение способствует движению. К трению привыкли за 400 лет (со времени его открытия), увеличивают или уменьшают его, когда это необходимо, и не удивляются самому факту существования трения везде и всюду, во всех явлениях природы.
Почему с сумками в руках по скользкой дороге идти легче? Почему звучит скрипичная струна, когда по ней ведут смычком? Ведь смычок движется, а колебания струны периодические. Почему бегуны-спринтеры бегают в шиповках, а стайеры — в мягкой обуви (а то и босиком!)? Сухое мыло не выскальзывает из сухих рук, а мокрое из мокрых частенько. Почему?
Ответы на все эти и многие другие важные вопросы, связанные с движением тел, дают законы трения.
В своей работе я попытаюсь разобраться в причинах трения и способах его изменения. Главной своей задачей ставлю раскрыть тайны знакомой нам с детства силы трения 2. Основная часть
2.1 История развития учения о трении
Впервые попытки осмыслить природу трения были сделаны Аристотелем). Опираясь на наблюдаемые факты, он отмечал, что любое, в том числе равномерное, перемещение реальных тел в горизонтальной
Источник
Содержание
1. Введение
2. Сила трения
3. Трение покоя
4. Трение скольжения
5. Трение качения
6. Историческая справка
7. Коэффициент трения
8. Роль сил трения
9. Заключение
10. Список используемой
литературы
1. Введение
Полезно или вредно трение? Многие,
не задумываясь, отвечают: «Конечно,
вредно!» И на первый взгляд они
правы. Действительно, из-за трения изнашиваются
механизмы и машины, стираются
подошвы ботинок и шины автомобиля,
затруднено передвижение различных
грузов, невозможно создание вечного
двигателя и многое другое. Но представьте
себе на минуту, что трение исчезло.
Тогда движущийся автомобиль не сможет
остановиться, а неподвижный — тронуться
с места. Пешеходы упадут на асфальт
и не смогут подняться. Кроме того,
они неожиданно окажутся голыми, так
как нитки в тканях удерживаются
трением. Вся мебель в комнате
собьется в один угол (в соответствии
с наклоном пола), тарелки и стаканы
соскользнут со стола, гвозди и шурупы
выскочат из стен, ни одну вещь нельзя
будет взять в руки, вы не сможете
перевернуть страницу журнала и
т. д. и т. п. Перечень подобных «ужасов»
можно продолжить до бесконечности,
но и сказанного достаточно, чтобы
понять, что без трения жизнь на
Земле была бы невозможна.
Вот что пишет известный швейцарский
физик, лауреат Нобелевской премии
Шарль Гийом (1861-1938): «Вообразим, что
трение может быть устранено совершенно.
Тогда никакие тела, будь они величиною
с каменную глыбу или малы, как песчинка,
никогда не удержатся одно на другом: все
будет скользить и катиться, пока не окажется
на одном уровне. Не будь трения, Земля
представляла бы шар без неровностей,
подобно жидкому». К этому можно добавить,
что неизвестно, как бы пошло развитие
цивилизации — ведь наши предки добывали
огонь трением.
2. Сила трения
При перемещении одного тела по поверхности
другого всегда возникает сила, препятствующая
движению. Она-то и называется силой
трения. Если мы попытаемся сдвинуть с
места шкаф, то сразу убедимся, что не так-то
просто это сделать. Его движению будет
мешать взаимодействие ножек с полом,
на котором он стоит. Различают 3 вида трения:
трение покоя, трение скольжения, трение
качения. Мы хотим выяснить, чем эти виды
отличаются друг от друга и что между ними
общего?
Трение — следствие многих причин.
Главные из них — две. Во-первых, поверхности
тел всегда неровны, и зазубрины
одной поверхности цепляются
за шероховатости другой. Это так
называемое геометрическое трение. Во-вторых,
трущиеся тела очень близко соприкасаются
друг с другом, и на их движении сказывается
взаимодействие молекул (молекулярное
трение).
Наука, изучающая трение, называется
трибологией (от греческого слова «трибос»,
что означает трение).
3. Трение покоя
Для того чтобы выяснить
сущность этого явления, можно провести
несложный эксперимент. Положим
брусок на наклонную доску. При не
слишком большом угле наклона
доски брусок может остаться на месте.
Что будет удерживать его от соскальзывания
вниз? Трение покоя.
Прижмем свою руку к лежащей
на столе тетради и передвинем
ее. Тетрадь будет двигаться относительно
стола, но покоиться по отношению
нашей ладони. С помощью чего мы
заставили эту тетрадь двигаться?
С помощью трения покоя тетради
о руку. Трение покоя перемещает
грузы, находящиеся на движущейся ленте
транспортера, препятствует развязыванию
шнурков, удерживает гвозди, вбитые в
доску, и т. д.
Сила трения покоя может
быть разной. Она растет вместе с
силой, стремящейся сдвинуть тело с
места. Но для любых двух соприкасающихся
тел она имеет некоторое максимальное
значение, больше которого быть не может.
Например, для деревянного бруска,
находящегося на деревянной доске, максимальная
сила трения покоя составляет примерно
0,6 от его веса. Приложив к телу силу,
превышающую максимальную силу трения
покоя, мы сдвинем тело с места, и
оно начнет двигаться. Трение покоя
при этом сменится трением скольжения.
4. Трение скольжения
Из-за чего постепенно останавливаются
санки, скатившиеся с горы? Из-за
трения скольжения. Почему замедляет
свое движение шайба, скользящая по льду?
Вследствие трения скольжения, направленного
всегда в сторону, противоположную
направлению движения тела. Причины
возникновения силы трения:
1) Шероховатость поверхностей
соприкасающихся тел. Даже те
поверхности, которые выглядят
гладкими, на самом деле всегда
имеют микроскопические неровности
(выступы, впадины). При скольжении
одного тела по поверхности
другого эти неровности зацепляются
друг за друга и тем самым
мешают движению;
2) межмолекулярное притяжение,
действующее в местах контакта
трущихся тел. Между молекулами
вещества на очень малых расстояниях
возникает притяжение. Молекулярное
притяжение проявляется в тех
случаях, когда поверхности соприкасающихся
тел хорошо отполированы. Так,
например, при относительном скольжении
двух металлов с очень чистыми
и ровными поверхностями, обработанными
в вакууме с помощью специальной
технологии, сила трения оказывается
намного сильнее, чем сила трения
между брусками дерева друг
с другом, и дальнейшее скольжение
становится невозможно.
5. Трение качения
Если тело не скользит по
поверхности другого тела, а, подобно
колесу или цилиндру, катится, то возникающее
в месте их контакта трение называют
трением качения. Катящееся колесо
несколько вдавливается в полотно
дороги, и потому перед ним всё
время оказывается небольшой
бугорок, который необходимо преодолевать.
Именно тем, что катящемуся колесу постоянно
приходится наезжать на появляющийся
впереди бугорок, и обусловлено
трение качения. При этом, чем дорога
тверже, тем трение качения меньше.
При одинаковых нагрузках сила трения
качения значительно меньше силы
трения скольжения (это было замечено
еще в древности). Так, ножки тяжелых
предметов, например, кроватей, роялей
и т. п., снабжают роликами. В технике
для уменьшения трения в машинах
широко пользуются подшипниками качения,
иначе называемыми шариковыми и
роликовыми подшипниками.
Эти виды трения относятся
к сухому трению. Мы знаем, почему книга
не проваливается сквозь стол. Но что
мешает ей соскользнуть, если стол немного
наклонен? Наш ответ — трение! Мы попытаемся
объяснить природу силы трения.
На первый взгляд, объяснить
происхождение силы трения очень
просто. Ведь поверхность стола и
обложка книги шероховаты. Это
чувствуется на ощупь, а под микроскопом
видно, что поверхность твердого
тела более всего напоминает горную
страну. Бесчисленные выступы цепляются
друг за друга, немного деформируются
и не дают книге соскользнуть. Таким
образом, сила трения покоя вызвана
теми же силами взаимодействия молекул,,
что и обычная упругость.
Если мы увеличим наклон
стола, то книга начнет скользить. Очевидно,
при этом начинаются «скалывание» бугорков,
разрыв молекулярных связей, не способных
выдержать возросшую нагрузку. Сила трения
по-прежнему действует, но это уже будет
сила трения скольжения. Обнаружить «скалывание»
бугорков не представляет труда. Результатом
такого «скалывания» является износ трущихся
деталей.
Казалось бы, чем тщательнее
отполированы поверхности, тем меньше
должна быть сила трения. До известной
степени это так. Шлифовка снижает,
например, силу трения между двумя
стальными брусками. Но не беспредельно!
Сила трения внезапно начинает расти
при дальнейшем увеличении гладкости
поверхности. Это неожиданно, по все
же объяснимо.
По мере сглаживания поверхностей
они все теснее и теснее прилегают
друг к другу.
Однако до тех пор, пока
высота неровностей превышает несколько
молекулярных радиусов, силы взаимодействия
между молекулами соседних поверхностей
отсутствуют. Ведь это очень короткодействующие
силы. При достижении некоего совершенства
шлифовки поверхности сблизятся
настолько, что силы сцепления молекул
включатся в игру. Они начнут препятствовать
смещению брусков друг относительно
друга, что и обеспечивает силу трения
покоя. При скольжении гладких брусков
молекулярные связи между их поверхностями
рвутся подобно тому, как у шероховатых
поверхностей разрушаются связи
внутри самих бугорков. Разрыв молекулярных
связей — вот то главное, чем отличаются
силы трения от сил упругости. При
возникновении сил упругости
таких разрывов не происходит. Из-за
этого силы трения зависят от скорости.
Часто в популярных книгах
и научно-фантастических рассказах
рисуют картину мира без трения.
Так можно очень наглядно показать
как пользу, так и вред трения.
Но не надо забывать, что в основе
трения лежат электрические силы
взаимодействия молекул. Уничтожение
трения фактически означало бы уничтожение
электрических сил и, следовательно,
неизбежный полный распад вещества.
Но ведь знания о природе
трения пришли к нам не сами собой.
Этому предшествовала большая исследовательская
работа ученых-экспериментаторов на
протяжении нескольких веков. Не все
знания приживались легко и просто,
многие требовали многократных экспериментальных
проверок, доказательств. Самые светлые
умы последних столетий изучали
зависимость модуля силы трения от
многих факторов: от площади соприкосновения
поверхностей, от рода материала, от нагрузки,
от неровностей поверхностей и шероховатостей,
от относительной скорости движения
тел.
Имена этих ученых: Леонардо
да Винчи, Амон-тон, Леонард Эйлер, Шарль
Кулон — это наиболее известные имена,
но были еще рядовые труженики
науки. Все ученые, участвовавшие
в этих исследованиях, ставили опыты,
в которых совершалась работа
по преодолению силы трения.
6. Историческая справка
Шел 1500 год. Великий итальянский
художник, скульптор и ученый Леонардо
да Винчи проводил странные опыты, чем
удивлял своих учеников.
Он таскал по полу то плотно
свитую веревку, то ту же веревку во
всю длину. Его интересовал ответ
на вопрос: зависит ли сила трения скольжения
от величины площади соприкасающихся
в движении тел? Механики того времени
были глубоко убеждены, что чем
больше площадь касания, тем больше
сила трения. Они рассуждали примерно
так, что чем больше таких точек,
тем больше сила. Совершенно очевидно,
что на большей поверхности будет
больше таких точек касания, поэтому
сила трения должна зависеть от площади
трущихся тел.
Леонардо да Винчи усомнился
и стал проводить опыты. И получил
потрясающий вывод: сила трения скольжения
не зависит от площади соприкасающихся
тел. Попутно Леонардо да Винчи исследовал
зависимость силы трения от материала,
из которого изготовлены тела, от величины
нагрузки на эти тела, от скорости скольжения
и степени гладкости или шероховатости
их поверхности. Он получил следующие
результаты:
1. От площади не зависит.
2. От материала не зависит.
3. От величины нагрузки
зависит (пропорционально ей).
4. От скорости скольжения
не зависит.
5. Зависит от шероховатости
поверхности.
1699 год. Французский
ученый Амонтон в результате своих опытов
так ответил на те же пять вопросов. На
первые три — так же, на четвертый — зависит.
На пятый — не зависит. Получалось, и Амонтон
подтвердил столь неожиданный вывод Леонардо
да Винчи о независимости силы трения
от площади соприкасающихся тел. Но в то
же время он не согласился с ним в том,
что сила трения не зависит от скорости
скольжения; он считал, что сила трения
скольжения зависит от скорости, а с тем,
что сила трения зависит от шероховатостей
поверхностей, не соглашался.
В течение восемнадцатого
и девятнадцатого веков насчитывалось
до тридцати исследований на эту тему.
Их авторы соглашались только в одном
— сила трения пропорциональна силе
нормального давления, действующей
на соприкасающиеся тела. А по остальным
вопросам согласия не было. Продолжал
вызывать недоумение даже у самых
видных ученых экспериментальный факт:
сила трения не зависит от площади
трущихся тел.
1748 год. Действительный
член Российской Академии наук Леонард
Эйлер опубликовал свои ответы на пять
вопросов о трении. На первые три — такие
же, как и у предыдущих, но в четвертом
он согласился с Амонтоном, а в пятом —
с Леонардо да Винчи.
1779 год. В связи с внедрением
машин и механизмов в производство назрела
острая необходимость в более глубоком
изучении законов трения. Выдающийся французский
физик Кулон занялся решением задачи о
трении и посвятил этому два года. Он ставил
опыты на судостроительной верфи, в одном
из портов Франции. Там он нашел те практические
производственные условия, в которых сила
трения играла очень важную роль. Кулон
на все вопросы ответил — да. Общая сила
трения в какой-то малой степени все же
зависит от размеров поверхности трущихся
тел, прямо пропорциональна силе нормального
давления, зависит от материала соприкасающихся
тел, зависит от скорости скольжения и
от степени гладкости трущихся поверхностей.
В дальнейшем ученых стал интересовать
вопрос о влиянии смазки, и были выделены
виды трения: жидкостное, чистое, сухое
и граничное.
Правильные ответы
Сила трения не зависит
от площади соприкасающихся тел,
а зависит от материала тел: чем больше
сила нормального давления, тем больше
сила трения. Точные измерения показывают,
что модуль силы трения скольжения зависит
от модуля относительной скорости.
Сила трения зависит от
качества обработки трущихся поверхностей
и увеличения вследствие этого силы
трения. Если тщательно отполировать
поверхности соприкасающихся тел,
то число точек касания при
той же силе нормального давления
увеличивается, а следовательно, увеличивается
и сила трения. Трение связано с
преодолением молекулярных связей между
соприкасающимися телами.
7. Коэффициент трения
Сила трения зависит от
силы, прижимающей данное тело к
поверхности другого тела, т. е. от
силы нормального давления Р и
от качества трущихся поверхностей.
В опыте с трибометром
силой нормального давления служит вес
бруска. Измерим силу нормального давления,
равную весу чашечки с гирьками в момент
равномерного скольжения бруска. Увеличим
теперь силу нормального давления вдвое,
поставив грузы на брусок. Положив на чашечку
добавочные гирьки, снова заставим брусок
двигаться равномерно.
Сила трения при этом увеличится
вдвое. На основании подобных опытов
было установлено, что, при неизменных
материале и состоянии трущихся
поверхностей сила их трения прямо
пропорциональна силе нормального
давления, т. е.
и т.д……………..
Источник