Силы трения и ее разновидности

Силы трения и ее разновидности.

Трение – один из видов взаимодействия тел. Оно возникает при соприкосновении двух тел. Трение, как и все другие виды взаимодействия, подчиняется третьему закону Ньютона: если на одно из тел действует сила трения, то такая же по модулю, но направленная в противоположную сторону сила действует и на второе тело. Природа силы трения - электромагнитная. Это означает, что причиной её возникновения являются силы взаимодействия между частицами, из которых состоит вещество. Второй причиной возникновения силы трения является шероховатость поверхности. Выступающие части поверхностей задевают друг за друга и препятствуют движению тела. Именно поэтому для движения по гладким (полированным) поверхностям требуется прикладывать меньшую силу, чем для движения по шероховатым.

Трение способствует устойчивости. Вообразим, что трение может быть устранено совершенно. Тогда никакие тела, будь они величиной с каменную глыбу или малы, как песчинки, никогда не удержится одно на другом. Не будь трения, Земля представляла бы шар без неровностей, подобно жидкой капли.

Особенности сил трения:

-возникают при  соприкосновении;

-действуют вдоль  поверхности;

-всегда направлены  против направления движения  тела.

 Если силы трения действуют между различными соприкасающимися телами (например, между телом и плоскостью, по которой оно движется или находится в покое), то такое трение называется внешним. Чисто внешнее трение является сухим трением, оно возникает в том случае, если между телами отсутствует слой смазки.

    Силы  сухого трения возникают не только при скольжении одного тела по поверхности  другого, но и при попытке вызвать  такое скольжение.  

       Силы сухого трения существенно зависят от степени обработки соприкасаемых поверхностей, их чистоты и относительной скорости. Характерная особенность этих сил заключается в том, что сила трения не обращается в нуль и тогда, когда относительная скорость тел становится равной нулю. Сила трения, которая существует между телами, которые соприкасаются, но не движутся под действием приложенной силы, носит название силы трения покоя.  

Кулон экспериментально установил, что сила трения не зависит  от площади поверхности, вдоль которой  тела соприкасаются, и пропорциональна  силе нормального давления N, с которой одно тело действует на другое. Аналитический вид этого закона:

Fтр= Nμ

Постоянная называется μ коэффициентом трения и зависит от природы и состояния трущихся поверхностей. Если тела покоятся друг относительно друга при максимальном значении, которое может принимать сила трения покоя, μ называют коэффициентом трения покоя. Если же тело скользит по поверхности другого тела, μ называют коэффициентом трения скольжения. Закон Кулона является приближенной зависимостью, применимой лишь в условиях умеренных давлений.

Можно выделить три типа сухого трения:

1.Трения скольжения (санки)

2.Трения качения  (колёса)

3.Трения покоя  (для того чтобы сдвинуть с  места любое тело, необходимо  приложить какую-либо силу)

    Сила  трения покоя – это сила, которая  проявляется между соприкасающимися поверхностями тел, неподвижных  относительно друг друга. Значения коэффициента трения покоя для разных материалов при различном состоянии соприкасающихся поверхностей могут лежать в пределах от нескольких десятых до нескольких сотых долей единицы. μ

Трение  скольжения 

Трение скольжения происходит тогда, когда одно тело, имея скорость по отношению другого, неподвижного тела, за все время  движения соприкасается с ним  определенной частью своей поверхности  и скользит по нему. Приборы, с помощью которых производят измерение сил трения скольжения, называются трибометрами. 

Трение  качения

Тела могут не только двигаться поступательно, но и вращаться вокруг той или  иной оси. Вращательное действие любой  силы определяется её моментом, зависящим от расстояния между осью вращения до той прямой, вдоль которой действует сила.

На наклонной плоскости  сила трения покоя, направленная вверх  по склону, мешает скольжению и удерживает тело неподвижно. Если поместить на плоскость шарик радиусом R. то касание произойдет всего в одной точке. Действующую со стороны наклонной плоскости силу снова можно разложить на нормальное давление и силу трения, приложенные к телу в точке касания.

Трение называется вязким, если оно существует между поверхностью твердого тела и окружающей его жидкой или газообразной средой, в которой оно движется, а также трение между различными слоями такой среды. Иногда вязкое трение называют жидким трением. Поскольку силы вязкого трения возникают между различными частями одного и того же тела (например, в жидкостях и газах), скорости слоев которых непрерывно меняются от слоя к слою, то такое трение является внутренним трением.

Внутреннее  трение.

При движении тел  в жидкостях и газах на них  действуют силы внутреннего (вязкого) трения и силы нормального давления со стороны среды. Суммарная сил  давления, действующих на тело со стороны  среды, имеет составляющую, направленную против движения тела. Данная составляющая получила название силы сопротивления среды. Для сил вязкого трения характерно отсутствие сил трения покоя, потому что силы вязкого трения обращаются в нуль, когда относительная скорость движения слоев среды оказывается равной нулю.

Сила вязкого трения с увеличением скорости в пределах относительно небольших скоростей  растет сначала линейно, а затем  пропорционально квадрату скорости. Для малых скоростей сила вязкого  трения

F= μυ.

    При достаточно больших скоростях сила вязкого трения изменяется по квадратичному  закону.