Тертя спокою, ковзання і кочення. Коефіцієнт тертя сталі по сталі

Кожна людина, яка так чи інакше пов’язаний з технікою, знає, що собою уявляє сила тертя. У нашому житті вона може відігравати як позитивну, так і негативну роль. Дану статтю присвячено питанню визначення коефіцієнта тертя сталі по сталі.

Види тертя

До того як розглянути питання визначення коефіцієнта тертя сталі по сталі, варто ближче познайомитися з тертям між твердими тілами. Розглянемо детальніше:

  • Якщо привести в контакт двох твердих тіла, то для здійснення зміщення їх один відносно одного потрібно прикласти певну силу. Вона повинна бути більше тертя спокою, яке перешкоджає руху.
  • Як тільки тіла починають взаємне переміщення, їх поверхні труться один об одного. Відповідна сила, опирається руху, пов’язана з тертям ковзання.
  • Третій вид – це тертя кочення. Виходячи з назви видно, воно виникає, коли тіла котяться один по одному, наприклад, колесо велосипеда по асфальту.

Всі три види тертя діють в області контакту твердих поверхонь. Відповідні сили завжди прагнуть уповільнити будь-який рух.

Користь сил тертя пов’язана з тим, що вони забезпечують можливість руху і зміни його характеристик. Шкода ж, як правило, пов’язаний з енергетичними втратами під час переміщення і зношення тертьових матеріалів.

Тертя спокою, ковзання: коефіцієнт тертя сталі по сталі

Настав час розглянути формули. Для розрахунку сил тертя ковзання і спокою використовують наступне вираз у фізиці:

Ft = µ * N

Тут µ і N – коефіцієнт сили тертя і реакція опори, відповідно. Пояснимо це. Величина µ для розглянутих видів тертя головним чином залежить від шорсткості контактуючих поверхонь. Чим більше мікроскопічних нерівностей містять поверхні, тим більше її значення.

Воно також визначається тертьовими матеріалами. У разі сталевих поверхонь великий внесок у характеристику цього коефіцієнта вносять металеві зв’язки між атомами заліза. Це пов’язано з щільним зіткненням сталевих листів. Цей факт пояснює, чому полірування металевої поверхні може не тільки не зменшити, але навіть збільшити величину µ.

Дивіться також:  Рівні комунікації: поняття, види і класифікація

Для більшості видів сталі значення µ для тертя ковзання лежить в межах 0,12-0,15, а для тертя спокою ці межі становлять 0,15-0,16. Змащення поверхонь призводить до зниження показника (до 0,1 і менше).

Тертя кочення і його коефіцієнт

Формула для визначення сили тертя кочення має таку ж форму, як для розглянутих раніше видів. Запишемо її ще раз:

Ft = CR*N

Коефіцієнт кочення CR залежить від твердості та пружних характеристик котиться тіла, а також від радіуса колеса (кульки, ролики).

Коефіцієнт тертя сталі по сталі CR важливо враховувати при русі поїзда. Його металеві колеса котяться по рейках з такого ж матеріалу. Табличні дані говорять, що CR для коліс поїзда лежить в межах 0,0002-0,001.

Зазначимо, що сталь – це досить твердий матеріал, тому величина пружної деформації під час кочення для нього невелика. Останнє обумовлює малі значення CR. Наведені табличні дані говорять про те, що сила тертя кочення сталі по сталі в 100 і більше разів менше, ніж аналогічна сила при ковзанні металевих пластин один по одному.

Завдання на визначення коефіцієнта тертя

Сталевий брус масою 1 кг прикріпили до динамометра і почали рівномірно тягнути по сталевому горизонтальному листу. Необхідно визначити коефіцієнт тертя при такому ковзанні, якщо динамометр при рівномірному русі бруса показував значення сили 1,2 ньютона.

Для визначення величини µ скористаємося виразом для сили Ft, маємо:

Ft = µ*N =>

µ = Ft/N

Оскільки експеримент проводиться на горизонтальній поверхні, то реакція опори N буде дорівнювати вазі бруска. У підсумку отримуємо кінцеву формулу для µ:

µ = Ft/(m*g)

Залишилося підставити дані і обчислити значення коефіцієнта ковзання сталі по сталі: µ = 0,12.