" Все о силе трения"

Сила трения – это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого и направленная в сторону, противоположную движению. Сила трения имеет электромагнитную природу.

Действие силы трения всегда сопровождается превращением механической энергии во внутреннюю энергию и вызывает нагревание тел и окружающей их среды.

Различают три вида трения: трение скольжения, трение покоя и трение качения.

Трение покоя

В нашем случае, когда мы пытались сдвинуть шкаф с места, мы пыхтели, толкали, краснели, но не сдвинули шкаф ни на дюйм. Что удерживает шкаф на месте? Сила трения покоя. Теперь другой пример: если мы положим руку на тетрадь и будем двигать ее по столу, то тетрадь будет двигаться вместе с нашей рукой, удерживаемая все той же силой трения покоя.

Трение покоя удерживает вбитые в стену гвозди, мешает самопроизвольно развязываться шнуркам, а также держит на месте наш шкаф, чтобы мы, случайно опершись на него плечом, не задавили любимого кота, который вдруг улегся подремать в тишине и покое между шкафом и стеной.

Трение скольжения

Вернемся к нашему пресловутому шкафу. Мы, наконец, сообразили, что сдвинуть его в одиночку нам не удастся и позвали на помощь соседа. В конце концов, исцарапав весь пол, вспотев, напугав кота, но, так и не выгрузив вещи из шкафа, мы передвинули его в другой угол.

Что мы обнаружили, кроме клубов пыли и не обклеенного обоями куска стены? Что, когда мы приложили силу, превышающую силу трения покоя, шкаф не просто сдвинулся с места, но и (с нашей помощью, естественно) продолжил двигаться дальше, до нужного нам места. И усилия, которые приходилось затрачивать на его передвижение, были примерно одинаковы на всем протяжении пути.

В данном случае нам мешала сила трения скольжения . Сила трения скольжения, как и сила трения покоя, направлена в сторону, противоположную приложенному воздействию.

Трение качения

В случае, когда тело не скользит по поверхности, а катится, то, возникающее в месте контакта трение, называют трением качения. Катящееся колесо немного вдавливается в дорогу, и перед ним образуется небольшой бугорок, который приходится преодолевать. Именно этим и обусловлено трение качения.

Чем тверже дорога, тем меньше трение качения. Именно поэтому ехать по шоссе намного легче, чем по песку. Трение качения в подавляющем большинстве случаев ощутимо меньше трения скольжения. Именно поэтому повсеместно применяют колеса, подшипники и так далее.

Причины возникновения сил трения

Первая - это шероховатость поверхности. Это хорошо понятно на примере досок пола или поверхности Земли. В случае же более гладких поверхностей, например, льда или покрытой металлическими листами крыши, шероховатости почти не видны, но это не значит, что их нет. Эти шероховатости и неровности цепляются друг за друга и мешают движению.

Вторая причина - это межмолекулярное притяжение, которое действует в местах контакта трущихся тел. Однако, вторая причина проявляется, в основном, лишь в случае очень хорошо отполированных тел. В основном же, мы имеем дело с первой причиной возникновения сил трения. И в таком случае, чтобы уменьшить силу трения, часто применяют смазку.

Слой смазки, чаще всего жидкий, разъединяет трущиеся поверхности, и трутся между собой слои жидкости, сила трения в которых в разы меньше.

Плюсы трения

У этого природного явления есть много плюсов, которые делают нашу жизнь такой, какая она есть. Причем список этих плюсов достаточно внушительный:

- Мы можем ходить. Если бы силы трения не существовало, то сложно представить, как бы мы перемещались. Наша стопа бы просто не могла бы сцепиться с землей, чтобы оттолкнуть тело в нужном направлении.

- Мы можем стоять. Да-да, без силы трения мы не смогли бы ходить, но и стоять на месте тоже, любое дуновение ветерка могло бы «сдуть» нас куда угодно.

- Мы можем носить в руках предметы. Все, что мы берем в руки не выскальзывает не только потому, что мы крепко держим предмет, а в основном благодаря силе трения.

- Движение с помощью транспорта. Шины автомобилей могут отталкиваться от асфальта и двигать машину только благодаря силе трения. Поезд едет за счет сцепления с рельсами. Самокат, велосипед, ролики и другой транспорт с колесами был бы немыслим без силы трения.

- Борьба с гололедом. По льду ходить затруднительно, а вот по льду, присыпанному песком другое дело. Благодаря увеличению силы трения, мы можем перемещаться в пространстве даже зимой, когда дороги покрыты льдом.

- Существование предметов. Все предметы соединены не только благодаря силе трения, но она играет очень важную роль. Даже нитки держат нашу одежду благодаря тому, что в физике есть такое явление.

- Предметы могут тормозить. Яркий пример пользы этого явления — аварийные съезды. Во многих горных местностях есть специальные съезды на дорогах на случай, если у машины откажут тормоза. Достаточно поехать в гору некоторое время, тогда в дело вступит сила трения, и машина затормозит самостоятельно.

- Предметы могут стоять. Представьте себе мир, где предметы могут только скользить и кататься. Наверно, это было бы чем-то похоже на космос и состояние невесомости. И попытка просто поставить на стол предмет оканчивалась бы провалом, мало того, что он выскальзывает из рук, так даже если бы это и удалось победить, то все равно, при попытке поставить стакан на стол, он бы просто скользил и падал.

- Фрикционные механизмы. Их действие основывается как раз таки на силе трения. В отличие от зубчатых механизмов, фрикционные сцепляются за счет силы трения. И хотя они не так надежны, их применяют в областях, где важна бесшумность работы, например при изготовлении магнитофонов, проигрыва­телей, спидометров. Хотя нередко их можно встретить в различных станках, где важность имеют, прежде всего, точность регулирования.

- Защита Земли от комет и метеоритов. За счет силы трения они сгорают еще до того, как успевают приблизиться к земле.

Минусы трения

Но даже у такой масштабной и важной природной силы есть свои минусы, которые немножко осложняют нам жизнь. Но их не так уж и много:

- Движение тяжелых предметов. Чем меньше сила трения, тем легче сдвинуть предмет. Только вот в обычной жизни сила трения стандартная, что усложняет нам жизнь, когда нужно передвинуть какой-нибудь тяжелый предмет.

- Предметы электризуются из-за силы трения. Конечно, в электризации предметов есть плюсы, но согласитесь, когда одежда бьется током и прилипает к телу, приятного в этом мало. Да и волосы, прилипающие к лицу и трещащие, когда пытаешься их пригладить.

- Затрудняет работу различных механизмов за счет снижения коэффициента полезности действия. Для того чтобы увеличить КПД, приходится использовать различные вещества, которые помогают снизить силу трения.

- Механизмы изнашиваются. Да и не только механизмы: подошва ваших любимых кед стирается, каменные ступеньки становятся скользкими, веревки перетираются, на носках появляются дырки – все это результат работы силы трения.

- Невозможность создания вечного двигателя. Вечный двигатель – безумная мечта миллионов ученых за все время существования науки. Но недостижимая, потому что сила трения рано или поздно заставляет механизм остановиться.

- Механизмы перегреваются. За счет силы трения возникает лишняя энергия, которая становится теплом, а затем нагревает элементы механизма. В некоторых случаях это может даже привести к возгоранию.

- Спортивная скорость. Чтобы достигать высоких результатов, спортсмену необходимо напрячься, чтобы преодолеть силу трения. Многим спортсменам даже приходится брить свое тело, чтобы сделать кожу максимально гладкой. Как они утверждают, это помогает им снизить сопротивление воздуху, уменьшить силу трения и двигаться максимально быстро.

Примеры трений в природе и быту

- Зажигание спички: мы ударяем спичкой по шероховатой боковой поверхности коробка, чтобы создать трение. Спичка загорается из-за нагревательного эффекта трения.

Чистка зубов для удаления частиц: липкие частицы застревают на зубах и их очень трудно удалить. Чистящее действие щетки позволяет преодолеть силу трения частиц и удалить их.

- Моющие поверхности: грязь и другие мелкие частицы оседают на поверхности предметов. Иногда очень трудно удалить их простым вытиранием пыли. При очистке используется сила вместе с водой, чтобы преодолеть трение, проявляемое частицами пыли.

- Глажка рубашки: трение позволяет вам оказывать давление на сморщенную поверхность, чтобы разгладить одежду. Трение прямо пропорционально давлению, которое мы оказываем.

- Написание на поверхностях: в данном процессе трение между ручкой и поверхностью бумаги приводит к тому, что на поверхности остается мало частиц. Это очень важное применение трения.

- Ходьба по маслянистой поверхности: низкое трение, обеспечиваемое маслянистой поверхностью, заставит вас поскользнуться. Это может быть использовано в качестве приложения трения при использовании масла в качестве смазки для уменьшения трения в движущихся деталях.

- Удержание предметов: для удержания любого предмета, такого как бутылка, стакан, телефон или книга, вам нужно трение.

- Потирание рук для получения тепла: трение всегда имеет связанный с ним эффект нагрева.

Ремень, удерживающий брюки: трение ремня о брюки заставляет его оставаться на месте и т. д.

Примеры трения на открытом воздухе

- Спуск с детской горки: когда мы спускаемся с горки, возникает трение скольжения. Оно останавливает нас от немедленного падения. Трение позволяет нам совершать это захватывающее скольжение без какой-либо опасности.

- Гвоздь, закрепленный на стене: трение между гвоздем и стеной удерживает его на месте.

- Ходьба по твердой земле: очень трудно идти по болотистой местности или песчаным дюнам. Такие поверхности обеспечивают очень небольшое трение при ходьбе.

- Шлифовка наждачной бумагой: шероховатые поверхности и края полируются с помощью наждачной бумаги для обеспечения гладкости. Шероховатая и твердая поверхность наждачной бумаги устраняет неровности поверхности. Это очень распространенный метод, используемый для шлифования, чтобы уменьшить трение на деревянных поверхностях.

- Езда на велосипеде по дороге: Трение позволяет вам начинать, останавливать и поворачивать велосипед. Трение обеспечивает велосипеду необходимое сцепление.

- Тормоза на мотоциклах или автомобилях: трение между тормозными колодками и колесом обеспечивает достаточное трение, чтобы остановить движение транспортного средства.

Примеры трения в природе

- Геккон на стене: ящерица геккон способна взбираться по вертикальной поверхности из-за очень сильной силы трения между ее ногами и стеной. Для создания такой большой силы трения используются силы Ван-дер-Ваальса.

- Вьющиеся растения: существует разновидность вьющихся растений (растений-альпинистов), которые легко взбираются на поверхность благодаря силе трения. Это, например, японская глициния, зимний жасмин, вечнозеленый клематис, вьющаяся гортензия. Как правило, они используют шероховатые поверхности для лазания, такие как кора деревьев и т. д.

- Лесные пожары: нежелательные лесные пожары являются, в том числе, результатом трения деревьев. Оно вызывает эффект нагрева, приводящий к пожара