Сила трения скольжения — сила, возникающая между соприкасающимися телами при их относительном движении.
Опытным путём установлено, что сила трения зависит от силы давления тел друг на друга (силы реакции опоры), от материалов трущихся поверхностей, от скорости относительного движения, но не зависит от площади соприкосновенияБилимович Б. Ф. Законы механики в технике. — М., Просвещение, 1975. — Тираж 80000 экз. — с. 58.
Величина, характеризующая трущиеся поверхности, называется коэффициентом трения и обозначается обычно латинской буквой или греческой буквой . Она зависит от природы и качества обработки трущихся поверхностей. Кроме того, коэффициент трения зависит от скорости. Впрочем, чаще всего эта зависимость выражена слабо, и если большая точность измерений не требуется, то можно считать постоянным. В первом приближении величина силы трения скольжения может быть рассчитана по формуле:
— коэффициент трения скольжения,
— сила нормальной реакции опоры.
Силами трения называются тангенциальные взаимодействия между соприкасающимися телами, возникающие при их относительном перемещении.
Опыты с движением различных соприкасающихся тел (твёрдых по твёрдым, твёрдых в жидкости или газе, жидких в газе и т. п.) с различным состоянием поверхностей соприкосновения показывают, что силы трения проявляются при относительном перемещении соприкасающихся тел и направлены против вектора относительной скорости тангенциально к поверхности соприкосновения. При этом всегда в большей или меньшей степени происходит преобразование механического движения в другие формы движения материи — чаще всего в тепловую форму движения, и происходит нагревание взаимодействующих тел.
Независимость от площади Так как никакое тело не является абсолютно ровным, сила трения не зависит от площади соприкосновения, и истинная площадь соприкосновения гораздо меньше наблюдаемой. На самом деле, площадь соприкосновения, казалось бы, ровных поверхностей может находиться в пределах от всей мнимой площади соприкосновения. А в случае поверхностей максимально гладких начинает возникать межмолекулярное притяжение.
Обычно это демонстрируется примером:
Два цилиндра из мягких металлов соединяют плоскими частями, а затем с легкостью отрывают. После этого два цилиндра соединяют и немного двигают относительно друг друга. При этом все неровности поверхности притираются друг к другу, образуя максимальную площадь соприкосновения: появляются силы межмолекулярного притяжения. А после разъединить эти два цилиндра становится очень сложно.
Типы трения скольжения Если между телами отсутствует жидкая или газообразная прослойка (смазочный материал), то такое трение называется сухим. В противном случае, трение называется «жидким». Характерной отличительной чертой сухого трения является наличие трения покоя.
По физике взаимодействия трение скольжения принято разделять на: Сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазочными материалами — очень редко встречающийся на практике случай. Характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя; Сухое с сухой смазкой (графитовым порошком); Жидкостное, при взаимодействии тел, разделённых слоем жидкости или газа (смазочного материала) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость; Смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения; Граничное, когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (оксидные плёнки, жидкость и т. д.) — наиболее распространённый случай при трении скольжения; Также можно классифицировать трение по его области. Силы трения, возникающие при относительном перемещении различных тел, называются силами внешнего трения. Силы трения возникают и при относительном перемещении частей одного и того же тела. Трение между слоями одного и того же тела называется внутренним трением.
Измерение В связи со сложностью физико-химических процессов, протекающих в зоне фрикционного взаимодействия, процессы трения принципиально не поддаются описанию с помощью методов классической механики. Поэтому нет точной формулы для коэффициента трения. Его оценка производится на основе эмпирических данных: так как по первому закону Ньютона тело движется равномерно и прямолинейно, когда внешняя сила уравновешивает возникающую при движении силу трения, то для измерения действующей на тело силы трения достаточно измерить силу, которую необходимо приложить к телу, чтобы оно двигалось без ускорения.
Таблица коэффициентов трения скольжения Значения таблицы взяты из справочника по физике + Таблица коэффициентов трения скольжения, Трущиеся материалы (при сухих поверхностях)Коэффициенты тренияпокояпри движенииАлюминий по алюминию0,94Бронза по бронзе0,990,20Бронза по чугуну0,21Дерево по дереву (в среднем)0,650,33Дерево по камню0,46-0,60Дуб по дубу (вдоль волокон)0,620,48Дуб по дубу (перпендикулярно волокнам)0,540,34Железо по железу0,150,14Железо по чугуну0,190,18Железо по бронзе (слабая смазка)0,190,18Канат пеньковый по деревянному барабану0,40Канат пеньковый по железному барабану0,25Каучук по дереву0,800,55Каучук по металлу0,800,55Кирпич по кирпичу (гладко отшлифованные)0,5-0,7Колесо со стальным бандажем по рельсу0,16Лёд по льду0,028Металл по асботекстолиту0,35-0,50Металл по дереву (в среднем)0,600,40Металл по камню (в среднем)0,42-0,50Металл по металлу (в среднем)0,18-0,20Медь по чугуну0,27Олово по свинцу2,25Полозья деревянные по льду0,035Полозья обитые железом по льду0,02Резина (шина) по твёрдому грунту0,40-0,60Резина (шина) по чугуну0,830,8Ремень кожаный по деревянному шкиву0,500,30-0,50Ремень кожаный по чугунному шкиву0,30-0,500,56Сталь по железу0,19Сталь (коньки) по льду0,02-0,030,015Сталь по райбесту0,25-0,45Сталь по стали0,15-0,250,09 (ν = 3 м/с) 0,03 (ν = 27 м/с)Сталь по феродо0,25-0,45Точильный камень (мелкозернистый) по железу1Точильный камень (мелкозернистый) по стали0,94Точильный камень (мелкозернистый) по чугуну0,72Чугун по дубу0,650,30-0,50Чугун по райбесту0,25-0,45Чугун по стали0,330,13 (ν = 20 м/с)Чугун по феродо0,25-0,45Чугун по чугуну0,15
Примечания
Трения скольжения Категория:Теоретическая механика