Сила тертя

Поставимо декілька простих питань: чому звучить скрипкова струна, коли по ній ведуть смичком? Адже смичок рухається, а коливання струни періодичні. Як розганяється автомобіль, і яка сила зупиняє його при гальмуванні? Чому автомобіль "заносить" на слизькій дорозі? Відповіді на ці і багато інших важливих питань, зв'язаних з рухом тіл дають закони тертя. У XVIII столітті французький фізик Кулон відкрив закон, згідно з яким сила тертя F_тр між твердими тілами не залежить від площі доторкання, а пропорційна силі N, що здавлює тіла.

Величина сили тертя визначається формулою:

Fтр=μN, (1.22)

де μ - коефіцієнт тертя, залежний від роду дотичних поверхонь (величина безрозмірна). Коефіцієнт тертя зазвичай лежить в межах від 0,15 до 0,5,

N - сила нормального тиску, або сила реакції опори.

Тертя виникає на поверхнях зіткнення твердих тіл. Поверхня твердого тіла має нерівності. Наприклад, навіть у дуже добре відшліфованих металів в електронний мікроскоп видно "гори" і "западини" розміром в 10 - 100 нм. При стискуванні тіл доторкання відбувається тільки в найвищих місцях. Тиск в цих місцях може бути дуже великим, і там виникає пластична деформація. У місці контакту діють сили молекулярного зчеплення (відомо, наприклад, що дуже чисті і гладкі металеві поверхні прилипають один до одного).

Сила тертя при ковзанні твердих тіл залежить не лише від властивостей поверхонь і сили тиску, але і від швидкості руху. Часто із збільшенням швидкості сила тертя спочатку різко зменшується, а потім знову починає зростати. Ця важлива особливість сили тертя якраз і пояснює, чому звучить скрипкова струна. Спочатку між смичком і струною немає прослизання, і струна захоплюється смичком. Коли сила тертя спокою досягне максимального значення, струна зривається і далі коливається майже як вільна, потім знову захоплюється смичком і так далі.

Якщо тіло, рухається горизонтально, то сила тиску N чисельно дорівнює силі тяжіння mg, а сила тертя рівна: F_тр=μmg.

Доцентрова сила

При рівномірному русі по колу тіло має постійне за величиною прискорення, спрямоване до центру кола (доцентрове прискоренням). Але прискорення тіла завжди зумовлене наявністю сили. Така сила називається доцентровою. З цією силою на тіло, що рухається по колу, діє зв'язок. Наприклад, на спортивний снаряд "молот" діє трос, що утримується спортсменом. Доцентрова сила змушує тіло рухатися по колу і надає тілу доцентрового прискорення. Але доцентрове прискорення рівне а_д=v²/R, або а_д=ω²·R, тоді доцентрова сила дорівнює:

, або F_дц=mω²·R. (1.23)

Відцентрова сила

За третім законом Ньютона всяка дія викликає рівну і протилежно спрямовану протидію. Доцентровій силі, з якою зв'язок діє на тіло, протидіє рівна по модулю і протилежно спрямована сила, з якою тіло діє на зв'язок. Цю силу назвали відцентровою, так, як вона спрямована по радіусу від центру кола. Відцентрова сила рівна по модулю з доцентровою:

, або F_вц= mω²·R.

Дію відцентрової сили ми відчуваємо в транспорті. Під час повороту на пасажира діє сила, спрямована від центру закруглення дороги.

Відцентрові сили знаходять широке застосування в сучасній техніці. Принцип роботи відцентрових сушарок, сепараторів, центрифуг заснований на дії відцентрових сил.