23.6. Силы трения

Абсолютно гладких поверхностей опоры практически не сущес­твует. Между телом человека и опорой при движении по ней всегда возникает трение.

Сила трения — это мера противодействия движущемуся телу, направленного по касательной к соприкасающимся поверхностям. Сила трения считается равной произведению нормального давления на коэффициент трения:

Как видно из формулы, коэффициент трения — это отношение силы трения к силе нормального давления (прижимающей силе), которая прижимает трущиеся тела друг к другу:

Это справедливо для трения сколь­жения, когда одно тело перемещается относительно другого, не теряя контак­та с ним, скользит по нему. Сила трения в этом случае динамическая. Если же одно тело не может скользить по дру­гому, сдвигающая сила не может сдви­нуть его, значит, сила трения удержи­вает тело в неподвижности: Такая сила трения называется статической (или силой трения скольжения покоя). По третьему закону Ньютона статиче­ская сила трения равна сдвигающей силе¹.

Предел, до которого может увели­чиваться статическая сила трения, называется предельной силой трения скольжения покоя. Она равна произве­дению нормального давления на стати­ческий коэффициент трения сколь­жения: T_ст = Nk. Следовательно, статический коэффициент тре­ния скольжения равен отноше­нию статической силы трения скольже­ния (предельной) к силе нормального давления;

' Строго говоря, не самой сдвигающей силе, приложенной к сдвигаемому телу, а силе действия последнего на опору.

можно сказать иначе: это отношение сдвигающей силы к прижимающей.

Механизм трения скольжения объясняют зацеплением неровностей поверхностей скользящих тел друг за друга (механическая теория), а также молекулярным сцеплением, когда гладкие поверхности обес­печивают плотный контакт тел (молекулярная теория). При смазке неровности поверхности «сглаживаются».

Второй вид трения, отличающийся от трения скольжения, прояв­ляется при качении, когда точки соприкосновения тел все время сменяются (точки покрышки велосипеда и места его опоры на до­рожке). Механизм трения качения объясняют деформацией соприкасающихся тел. Колесо как бы вдавливается в опору, образуя ямку, через край которой колесу все время приходится перекатываться (рис. 37, б). Коэффициент трения качения вычисляют как отношение момента движущей силы к моменту трения (N— сила нормального давления, умноженная на ее плечо относительно края ямки — k_к ). Плечо силы N, затрудняющей «выкатывание» из ямки, и есть коэффициент трения качения (его размерность— L).

Третий вид трения проявляется, когда между трущимися поверх­ностями имеется неподвижная точка. Это трение верче­ния — движение происходит вокруг этой точки. Так, стопа при оттал­кивании от опоры, если на подошве обуви нет шипов, вращается относительно грунта. У метателя молота на подошве обуви имеется один шип, верчение происходит при повороте вокруг шипа.

Силы трения, направленные навстречу движению, тормозят его. Они вызывают отрицательное ускорение, совершают отрицательную работу. Силы трения, направленные одинаково с движением, не создают положительного ускорения, не совершают положительной работы, а только не дают точке контакта движущегося тела «про­скальзывать» назад.