Трение скольжения

Силы трения

Тип сил, возникающий при относительном движении скользящих друг по другу твердых поверхностей, слоев жидкости или элементов материала.

При движении тела сила трения всегда направлена против скорости движения. В результате действия этой силы кинетическая энергия расходуется на нагревание тела.

Сухое трение

Различают два вида трения – сухое (внешнее) и внутреннее трение.

Трение не является фундаментальной силой. Сухое трение возникает из-за сочетания межповерхностной адгезии, шероховатости поверхности, деформации поверхности и поверхностного загрязнения. Сложность этих взаимодействий делает расчет трения непрактичным и требует использования эмпирических методов для анализа и развития теории.

Трение – это неконсервативная сила – работа, выполняемая против трения, зависит от пути. При наличии трения некоторая энергия всегда теряется в виде тепла. Таким образом, механическая энергия не сохраняется.

При сухом трении может возникнуть сила трения покоя, а при внутреннем – нет. Это объясняется тем, что при внутреннем трении взаимодействуют не твердые поверхности, а внутренние слои вещества (например, жидкости).

Сила трения покоя в случае, который объясняется рисунком (для наглядности и удобства толкования все силы сведены в одну точку), определяется величиной действующей силы $F$: увеличивая $F$, мы увеличиваем и силу трения $F_{тр}$; изменяя направление $F$ мы меняем и направление действия $F_{тр}$.

При дальнейшем росте силы $F$ тело начинает двигаться. Ускорение же оно может получить только в случае, когда сила $F$ будет больше некоторого максимального значения силы трения $(F_{тр})_0$. Если же $F <(F_{тр})_0$, то величина силы трения равна $F$

Экспериментально установлено, что:

$(F_{тр})_0=μ_0N$

где $μ_0$ – коэффициент трения покоя.

Выражение $(F_{тр})_0 = μ_0N$ называют еще законом Амонтона (1699).

Определение коэффициента трения покоя

Величину $μ_0$ можно определить, например, из опыта по изучению скольжения твердого тела по наклонной плоскости:

При малых значениях угла $α$ тело будет находиться в состоянии покоя. Увеличивая угол, можно определить тот момент, когда тело начнет скользить по наклонной плоскости. В этот момент максимальная сила трения покоя ($F_{тр}$)_0 будет равняться равнодействующей сил $mg$ и $N$, то есть $F$. Тогда, спроецировав силы вдоль направления движения, можно записать:

$(F{_тр})_0= F = mg sin α$

А поскольку $(F_{тр})_0=μ_0N$, то легко видеть, что $μ_0$ = $tg α$.

Сила трения скольжения

Скольжение

Это тип фрикционного движения между двумя контактными поверхностями.

В том случае, когда одно тело скользит по поверхности другого, возникающая сила трения скольжения описывается законом Кулона, который по внешнему виду отличается от закона Амонтона только коэффициентом $μ$, который назвается коэффициентом трения скольжения.

$F_{тр} = μΝ$.

Скольжение может происходить между двумя объектами произвольной формы. Одним из наиболее распространенных примеров трения скольжения является движение тормозных автомобильных шин на дороге, процесс, который генерирует значительную теплоту и звук, и, как правило, учитывается при оценке величины шумового загрязнения дорог.

Научная статья по физике на заказ от проверенных экспертов по низкой цене!

Тест по теме «Трение скольжения»