Трение скольжения

При рассмотрении этого вида трения различают неполную силу трения, силу трения покоя, силу трения скольжения.

Неполная сила трения возникает, если внешняя сила, лежащая в плоскости соприкосновения двух тел, недостаточна для того, чтобы вызвать скольжение данного тела относительно другого (участок OA на рис. 2.6). Эта сила вызвана небольшими ( 1 мкм) частично обратимыми смещениями, значения которых пропорциональны приложенной силе. Заметим, что при таких смещениях приближенно выполняется закон Гука. По мере увеличения предварительного смещения неполная сила трения возрастает, достигая максимального значения в точке A – это значение называется силой трения покоя.

После того, как внешняя сила превысит силу трения покоя, предварительное смещение переходит в скольжение. При этом сила трения покоя скачком уменьшается (точка A₁), перестает зависеть от перемещения и переходит в силу трения скольжения.

Рис. 2.5.

Рис.2.6

Для умеренно шероховатых поверхностей сила сухого или граничного трения определяется законом Амонтона (конец XVII в.):

,

(2.17)

где  – безразмерная величина, называемая коэффициентом трения; N – сила нормального давления, сжимающего пару трения.

В конце XVIII в. Кулон, исследуя трение гладких, полированных поверхностей, экспериментально получил другую закономерность (рис. 2.7):

.

(2.18)

Рассмотрим механизм возникновения второго слагаемого в формуле (2.18). При умеренной шероховатости поверхности тел сила трения не зависит от площади их геометрического контакта, поскольку взаимодействие происходит лишь на небольшом числе выступов поверхностей. В этих условиях фактическая площадь контакта значительно меньше геометрической. По мере роста силы нормального давления происходит деформация

Рис. 2.7.

выступов, что приводит к возрастанию площади фактического контакта и соответственно силы трения. У очень гладких поверхностей площадь фактического контакта близка к геометрической, вследствие чего необходимо учитывать силы межмолекулярного притяжения, которые суммируются с внешним давлением. Теоретически формула Кулона (2.18) была обоснована в XX в. Б.В. Дерягиным, показавшим, что сила трения,

где P₀ – давление, вызванное межмолекулярным притяжением, а S_f – площадь фактического контакта.

Трение качения

Пусть абсолютно круглый шар покоится на упругой поверхности (рис. 2.8, а). Под весом шара поверхность прогибается и силы упругости уравновешивают вес шара.

Рис.2.8

В том случае, если шар катится по неупругой поверхности (рис. 2.8, б), деформация ее перестает быть симметричной относительно вертикали, проходящей через центр шара, – она будет большей в ее передней части, вследствие чего результирующая сила не уравновешивается весом шара и будет тормозить его движение.

В этом случае сила трения

,

где k – коэффициент трения качения; r – радиус шара.

Лекція 3.