Тертя ковзання

Величина сили сухого тертя пропорційна степені шорст­кості контактуючих поверхонь (пари тертя) і нормальному тиску N (тобто силі, яка притискує поверхні тіл одна до одної):

. (1.35)

Степінь шорсткості характеризується безрозмірним ко­ефіцієнтом тертя f, що визначається експерименталь-но: або з допомогою динамометра, яким вимірюється сила тертя , або як тангенс кута нахилу поверхонь при граничній рівновазі (в мо­мент переходу тіла від спокою до руху).

На рис. 1.23а тіло перебуває у граничній рівновазі під дією чотирьох сил: вага тіла урівноважується реакцією опорної поверхні , а сила натягу пружинного динамометра — силою терти . Коефіцієнт тертя знайдемо так:

, або . (1.36)

Рис. 1.23.

На рис. 1.23б тіло вагою лежить на похилій площині. Якщо цю силу ваги розкласти на дві взаємно перпендикулярні складові і , то у випадку граничної рівноваги

, а .

Отже, коефіцієнт тертя

або (1.37)

дорівнює тангенсу кута нахилу площини при граничній рівновагі.

Однак слід зауважити, що в обох цих експериментах ко­ефіцієнт тертя буде дещо завищений, тому що ми його визна­чали під час переходу тіла від спокою до руху. Але із досвіду пересування важких предметів нам добре відомо, що набагато важче зрушити тіло з місця, ніж потім пересувати його. Тобто, коефіцієнт тертя спокою більший за коефіцієнт тертя руху (статичний коефіцієнт тертя більший за динамічний).

Величина коефіцієнта тертя ковзання залежить від ма­теріалу поверхонь тертя та їх стану (ступеню обробки, темпера­тури, вологості) і знаходиться в границях 0 < f < 1. Наведемо значення коефіцієнта f для деяких пар тертя: сталь по льоду - 0,027; сталь по сталі — 0,15; шкіряний ремінь по чавуну — 0,28; дерево по дереві - 0,54-0,62.

Тертя кочення

Вище ми описали явище тертя ковзання, яке виникає при відносному переміщенні (ковзанні) одного тіла по поверхні другого. Розглянемо ще одне фізичне явище, яке носить назву "тертя ко­чення".

Якщо тверде тіло має форму колеса або катка і котиться по поверхні іншого тіла, то такий рух має виключати проковзу­вання у точці контакту. Тобто сила тертя ковзання повинна бути достатня для того, щоб не допустити проковзування одного тіла (катка) відносно іншого (дороги). Сила тертя ковзання у цьому випадку відіграє позитивну роль.

Якби каток і поверхня, по якій він котиться, були абсолютно твердими, то такий вид переміщення був би ідеальним і не ви­кликав би ніякого опору. Однак опір рухові катка при його ко­ченні все ж виникає, і спричиняється він деформацією катка чи поверхні, по якій каток котиться, або ж обома одночасно.

Для вивчення цього явища, яке називається тертям ко­чення, розглянемо кочення абсолютно твердого катка вагою по поверхні, яка деформується (рис. 1.24). Крім ваги , на каток діють тяга , сила тертя ковзання та вертикальна складова реакції поверхні . Система цих чо­тирьох сил утворює дві пари сил ( , ) та ( , ). Пара сил ( , ) створює обертальний момент у напрямі кочення катка, а пара сил ( , ) -обертальний мо­мент, що протидіє коченню. Мо­мент цари ( , ) характеризує мо­мент тертя кочення, який дорів­нює добутку нормального тиску на коефіцієнт тертя кочення , що являє собою плече пари:

. (1.38)

Отже, коефіцієнт тертя кочення є розмірною величиною (розмірність [м]) і характеризує величину деформації тіл.

Слід нагадати, що при коченні катка по горизонтальній пло­щині нормальний тиск дорівнює вазі тіла (N = Р), а у випадку кочення по площині, нахиленій піл кутом до горизонту, нор­мальний тиск менший і залежить від кута нахилу (N = Р соs а).

Рис. 1.24.