§10. Рух під дією сил тертя. Явища застою і заносу.

Н ехай тіло рухається під дією сил пружності та сил сухого тертя, як показано на рис.10.1. У положенні рівноваги (точка О) рівнодійна сил пружності прикладених до тіла, дорівнює нулю і пружини не деформовані. Якщо вивести тіло з рівноважного положення, то на тіло з боку деформованих пружин буде діяти сила, що намагатиметься повернути тіло в попереднє положення. Але якщо сила пружності буде меншою, ніж максимальна сила тертя спокою, то вона не зможе зрушити тіло з місця. Тому рівноважним буде не тільки середнє

Рис. 10.1 положення в точці О, але всі інші положення в певному інтервалі відхилень АВ від середнього положення. В інтервалі АВ виконується умова де – максимальна сила тертя спокою, – сила пружності, прикладена до тіла. Незважаючи на те, що в усіх положеннях тіла в інтервалі АВ на тіло діє відмінна від нуля сила пружності, тіло залишається в спокою. Якщо тіло відхилити за межі інтервалу АВ, то під дією сил напруженості воно прийде в рух. Залежно від величини відхилення тіло або буде здійснювати коливальні рухи відносно точки О, або рухатиметься в одному напрямі і внаслідок втрат енергії зупиняться. Зупинка може відбутись в будь-якій точці інтервалу АВ. Описане явище називається явищем застою. Явище застою має важливе значення у багатьох випадках, а особливо у вимірювальних стрілкових приладах. Якщо в осі обертання стрілки є сухе тертя, то вона ніколи не буде вказувати точно на ту поділку шкали, значення якої відповідає вимірювальній величині. Це призводить до деякої похибки вимірювань, тим більшої, чим більша сила сухого тертя. Тому у вимірювальних приладах бажано максимально зменшити сухе тертя.

Явище заносу.

Рис.10.2

Н ехай на похилій площині знаходиться тіло, на яке діє сила тяжіння і сила тертя. Розкладемо силу тяжіння на дві складові: силу F₁, напрямлену паралельно похилій площині, і силу N, напрямлену перпендикулярно до похилої площини. Під дією сили тіло буде зісковзувати з похилої площини. Сила тертя F_т = перешкоджатиме цьому рухові. Якщо , то тіло знаходитиметься в стані спокою(Рис.10.2)

Тепер приведемо тіло в рух зі швидкістю поперек площини (Рис.10.3). У цьому випадку тіло зразу почне зісковзувати з похилої площини. Причина цього полягає в тому, що як тільки тіло почне ковзати поперек похилої площини, сила тертя буде напрямлена в протилежному напрямі до напряму руху ( тобто поперек похилої площини ), а сили, яка би протидіяла силі _, не буде. Завдяки цьому тіло почне рухатись з швидкістю V_2, напрямленою вздовж похилої площини (тіло почне зісковзувати з похилої площини). Вектор повної швидкості дорівнює векторній сумі швидкостей V₁ та V₂, ( ), і утворює деякий кут з вектором швидкості Тепер сила тертя буде напрямлена у напрямі, протилежному швидкості V, а в напрямі, протилежному напряму дії сили mg∙sin α, діятиме лише складова сили тертя, що дорівнює добутку сили тертя на синус β:

F₂ = F_тsin (9.1)

Рис.10.3

Якщо сила дорівнює силі mg∙sin α, то подальше зіскакування припиниться і тіло рухатиметься із сталою швидкістю V, напрямленою під кутом до швидкості Для підтримки такого руху поперек похилої площини на тіло повинна діяти сила, яка за величиною дорівнює F_т sin β.

У наведеному прикладі ми бачили, що під час ковзання тіла зникала (перестала існувати) сила тертя спокою, напрямлена в напрямі, перпендикулярному до напряму руху.

Зникнення сили тертя в напрямі, перпендикулярному до напряму руху, називають явищем заносу.

Явище заносу часто спостерігається під час руху автомобілів. Нехай автомобіль знаходиться на похилій площині, поздовжня вісь якого горизонтальна. Між колесами автомобіля і площиною діє сила тертя, і автомобіль не зісковзує з похилої площини. Приведемо в рух автомобіль поперек похилої площини. Якщо це зробити дуже обережно, так щоб в точках дотику коліс з похилою площиною не було проковзування, то сила тертя спокою і далі зрівноважуватиме силу і автомобіль буде рухатись поперек площини. Якщо колеса будуть проковзувати, сила тертя спокою у поперечному напрямі зникне і автомобіль почне зісковзувати з похилої площини. Якщо ведучі колеса задні, то будуть сповзати лише вони, і автомобіль буде розвертати, або як кажуть «заносити».