Статическое трение

Французские физики Г. Амонтон и Ш. Кулон опытным путем установили закон статического трения: предельное значение силы статического трения прямо пропорционально величине силы нормального давления тела на опору, т.е.

(2.1)

где - сила статического трения.

- сила нормального давления тела на опору, k - коэффициент пропорциональности, который называют коэффициентом статического трения. Это безразмерная величина. Как показывает опыт, он зависит от материала и состояния поверхностей соприкасающихся тел. Найдем значение коэффициента трения.

Если тело находится на наклонной плоскости с углом наклона (см.рис.2.1.), то оно придет в движение только тогда, когда тангенциальная составляющая силы тяжести будет больше силы трения, т.е.

(2.2)

Как видно из рисунка, используя соотношения тригонометрии, запишем

и (2.3)

Подставив уравнение (2.3) в уравнение (2.1) и используя условие (2.2), получим уравнение для определения коэффициента статического трения

k=(2.4.)

Коэффициент статического трения равен тангенсу угла, при котором начинается скольжение тела по наклонной плоскости.

Тела не проскальзывают друг относительно друга, если силы, касательные к поверхности их соприкосновения, меньше сил трения.

Это используется в технике для передачи усилий от одних частей машин другим (ременные передачи, фрикционные муфты, ленточные транспортеры). На этом явлении основано скрепление деталей с помощью гвоздя и винтов, движение по поверхности Земли различных видов транспорта. Сила тяги автомобиля или трактора не может быть больше суммы предельных значений сил статического трения ведущих колес по поверхности дороги. При уменьшении значения k (например, обледенелость дороги, попадание масла на транспортер и т.д.) сила тяги может оказаться недостаточной, чтобы автомобиль двинулся с места или начала двигаться лента транспортера.

Кинематическое трение Трение скольжения.

Причиной трения скольжения является разрушение зацепившихся, друг за друга выступов, шероховатостей на соприкасающихся движущихся поверхностях. Пока внешняя сила > происходит лишь деформация выступов, при начинается скольжение. Чем более гладкие поверхности, тем меньше сила трения. Но, как показывает опыт, уменьшение шероховатостей должно быть проведено до определенного предела. Дальнейшее их уменьшение приводит к увеличению силы трения. Это связано с тем, что между плотно прилегающими частицами действуют значительные силы молекулярного притяжения.

Закон Амантона-Кулона для трения скольжения имеет такой же вид, что и для трения покоя

(2.5.)

Здесь k_ск. - коэффициент трения скольжения. Он также зависит от материала и состояния соприкасающихся поверхностей. Но кроме того, он зависит от скорости движения. При малых скоростях движения k_ск=k

Трение качения и верчения.

Довольно радикальным способом уменьшения силы трения является замена трения скольжения трением качения (шариковые и роликовые подшипники и т.д.). Коэффициент трения качения в десятки раз меньше коэффициента трения скольжения. Сила трения качения определяется по закону Кулона:

. (2.6.)

Здесь k_к - коэффициент трения качения,

(r- радиус катящегося тела.

Из уравнения (2.6) следует, что сила трения качения обратно пропорциональна радиусу катящегося тела.

Трение качения и трение верчения отличаются от трения скольжения поверхностями контакта. При качении точки контакта соприкасаются лишь на мгновение и одно тело вращается вокруг мгновенной оси, проходящей через точки контакта.

При верчении точки контакта соприкасаются длительно. В случае верчения трение связано со скольжением в местах контакта. Для его уменьшения применяют острия с малым радиусом закругления и увеличивают твердость острия поверхности.

Таблица 2.1.