Силы трения.

При механических процессах всегда происходит в большей или меньшей степени преобразование механического движения в дру­гие формы движения материи (чаще всего в тепловую форму дви­жения). В последнем случае взаимодействия между телами носят названия сил трения.

Положим на горизонтальный диск два одинаковых бруска (рис.1).

Рис.1

Торцовые стороны брусков соединим нитями с неподвижно закрепленными динамометрами и приведем диск во вращение с постоянной скоростью. Бруски несколько сместятся в сторону вра­щения диска и остановятся. Пружины динамометров, связанные с торцами брусков, обращенными навстречу вращению диска, не­сколько растянутся. Поскольку бруски покоятся, очевидно, силы F, с которыми действуют на них пружины динамометров, уравно­вешивают силы трения F_тр, возникающие между соприкасающимися поверхностями брусков и диска. Направлены силы трения проти­воположно скорости брусков относительно диска. Меняя направ­ление движения диска, увидим, что при той же величине скорости вращения динамометры отмечают наличие сил F_тр той же величины, что и в, первом случае, но направленных противоположно. Опыты с движением различных соприкасающихся тел (твердых по твердым, твердых в жидкости или газе, жидких в газе и т.п.) с различным состоянием поверхностей соприкосновения показывают, что силы трения проявляются при относительном перемеще­нии соприкасающихся тел и направлены против вектора относитель­ной скорости тангенциально к поверхности соприкосновения. При этом всегда происходит нагревание взаимодействующих тел.

Силами трения называются тангенциальные взаимо­действия между соприкасающимися телами, возникаю­щие при их относительном перемещении. Силы трения, возникающие при относительном перемещении различных тел, называются силами внешнего трения.

Силы трения возникают и при относительном перемещении частей одного и того же тела.

Возьмем два полых цилиндра с разными диаметрами оснований. Меньший цилиндр укрепим на центробежной машине, а больший подвесим на упругой нити коаксиально с первым (рис.2).

Рис.2

При­ведем внутренний цилиндр во вращение. Спустя известное время внешний цилиндр повернется на некоторый угол в направлении вращения внутреннего цилиндра и останется в этом положении. Причина этого явления состоит в том, что внутренний цилиндр приводит в движение слой воздуха, непосредственно прилегающий и прилипший к нему благодаря силам молекулярного сцепления. Следующий за ним покоящийся слой испытывает перемещение относительно прилипшего слоя. При этом возникает сила трения, которая приводит в движение покоящийся слой, затем следующий и т. д., пока не придет в движение слой, прилегающий к внешнему цилиндру, и не приведет его в движение. Когда сила упругости, возникающая в закрученной нити, уравновесит силу трения, внеш­ний цилиндр остановится.

Трение между слоями одного и то же тела (в данном случае воздуха) называется внутренним трением.

В реальных движениях всегда возникают силы трения большей или меньшей величины. Поэтому при составлении уравнений дви­жения, строго говоря, мы должны в число действующих на тело сил всегда вводить силу трения F_тр.

Уравнение второго закона динамики с учетом сил трения запи­шется в виде

(1)

Иногда силу трения в расчет не вводят, что допустимо, если им­пульс ее много меньше импульса результирующей других сил.

Из равенства (1) следует, что для равномерного движения тела в реальных условиях к нему должна быть приложена сила F урав­новешивающая силу трения F_тp.

Тело движется равномерно и прямолинейно, когда внешняя сила уравновешивает возникающую при движении силу трения.

Для измерения силы трения, действующей на тело, достаточно измерить силу, которую необходимо приложить к телу, чтобы оно двигалось без ускорения.