Будь-який рух в природі і техніці, яка передбачає наявність фізичного контакту між твердими тілами, супроводжується виникненням тертя. У цій статті наведемо приклади сили тертя і покажемо, в яких випадках вона відіграє корисну роль, а в яких є небажаною.
Які види тертя між твердими тілами бувають
У цій статті розглянемо тільки приклади сил тертя, які діють між твердими об’єктами, що мають фізичний контакт один з одним.
Одним з важливих видів тертя є тертя спокою. Виходячи з самої назви, можна припустити, що воно проявляється, коли одне тіло на поверхні іншого спочиває. Кожен знає, щоб з місця зрушити який-небудь важкий предмет, необхідно прикласти деяку зовнішню силу, спрямовану вздовж поверхні контакту предмета і поверхні, на якій він стоїть. Протидія цій силі надає сила тертя спокою. Діє вона між поверхнями контакту тел. Тертя спокою виникає за наявності шорсткості на стосуються поверхнях, якими б гладкими вони ні були.
Другий вид тертя, який ми розглянемо, це тертя ковзання. Виникає воно також унаслідок згаданої шорсткості, коли тіла починають рух відносно один одного за допомогою ковзання. Напрямок і точка прикладання сили тертя ковзання є точно такими ж, як для тертя спокою. Єдиною відмінністю між цими силами є те, що сила ковзання завжди менше, ніж сила спокою.
Третім видом тертя, який грає не меншу роль у техніці, ніж перші два, є тертя кочення. Як говорить його назва, воно з’являється, коли одне тіло котиться по поверхні іншого. Причина тертя кочення полягає в гистерезисе деформації, що призводить до “розпорошення” кінетичної енергії котиться тіла. У ряді практичних випадків ця сила тертя в 10-100 разів менше, ніж попередні розглянуті види тертя.
Всі види сил тертя прямо пропорційні силі реакції опори, з якої остання діє на розглядуване тіло.
Шкода і користь сили тертя спокою: приклади
З усіх названих видів тертя, мабуть, тертя спокою є самим “нешкідливим”. Справа в тому, що воно на практиці грає практично завжди корисну роль. Єдиний негативний момент полягає в тому, що воно більше тертя ковзання. Останній факт означає, що для будь-якого початку руху необхідно прикласти велике зусилля. Наприклад, щоб почати рух на лижах по снігу, спочатку слід буквально “відірвати” їх від снігової поверхні.
Існує маса прикладів користі сили тертя спокою. Перерахуємо їх:
- Цвяхи та шурупи, які міцно скріплюють два твердих тіла з дерева, пластику та металу, виконують свої функції завдяки дії розглянутої сили.
- Ходьба людини, їзда автомобілів по дорогах здійснюється завдяки тому, що тертя спокою виявляється більшим, ніж тертя ковзання. В іншому випадку, нам важко було б рухатися, люди і транспортні засоби ковзали б на одному місці.
- Будь-які тіла, що спочивають на похилих поверхнях, зобов’язані дії тертя спокою. Якби останнього не було, то неможливо було б поставити на ручне гальмо автомобіль на косогорі або будь-побутовий предмет на стіл, який має невеликий нахил до горизонту.
Тертя ковзання і його користь
На відміну від тертя спокою, яке в основному грає позитивну роль в життєдіяльності людини, тертя ковзання, як правило, є шкідливою силою. Тим не менш, можна навести два приклади корисної сили тертя ковзання:
- Оскільки тертя ковзання призводить до розігрівання поверхні предметів (природний і найпростіший спосіб переходу механічної енергії в теплову), то цей ефект можна використовувати для збільшення температури тел. Так, в давнину наші предки за допомогою тертя ковзання добували вогонь.
- Коли водій хоче зупинити транспортний засіб, то він натискає на педаль гальма. При цьому гальмівні диски ковзають усередині обода колеса і гальмують його обертання.
Шкода тертя ковзання
Приклади дії сили тертя ковзання – це рух шафи по підлозі, коли ми хочемо переставити його в кімнаті, ковзання лижника і ковзаняра, проковзування коліс автомобіля при їх блокування або при русі по слизькій дорозі, прослизання між тертьовими деталями різних механізмів машин.
У всіх названих випадках тертя ковзання грає шкідливу роль. Названі приклади шкоди сили тертя ковзання пов’язані з тим, що вона перешкоджає механічного руху і “з’їдає” деяку частку кінетичної енергії (лижі, ковзани, рухомі частини машин). Крім того, переведення частини механічної енергії в теплову призводить до розігріву тертьових деталей. Підвищення ж їх температури призводить до зміни мікроскопічної структури, що порушує властивості матеріалів. Нарешті, перераховані приклади сили тертя ковзання призводять до зношування тертьових поверхонь, появі на них небажаних борозен, витонченості.
Тертя кочення і його шкода і користь
Якщо розглянути в корені питання користі сили тертя кочення, то виявиться, що її немає зовсім. Дійсно, тертя кочення завжди перешкоджає механічного обертання, воно призводить до зношування робочих деталей і до їх небажаного нагріванню. Тим не менш явище кочення широко використовується в техніці (підшипники, колеса транспортних засобів). Пояснюється це тим, що сила тертя кочення набагато менше аналогічної сили ковзання, що на порядки знижує масштаб її шкідливого впливу.
Збільшення і зменшення сил тертя
Як ми бачили вище прикладах, сили тертя спокою, ковзання іноді виявляються корисними, а іноді шкідливими. У зв’язку з цим людство з давніх часів використовує способи для зміни масштабу дії тертя як у бік збільшення відповідної сили, так і в бік її зменшення.
Яскравими прикладами, як збільшити силу тертя, є посипання піском і сіллю льоду на дорогах. В результаті цих дій відбувається збільшення шорсткості крижаній поверхні і, як наслідок, збільшення сил тертя спокою, ковзання.
Ще один спосіб збільшення розглянутих сил полягає у використанні спеціальних поверхонь. Яскравим прикладом є поверхня зимової покришки автомобіля, яка характеризується глибоким протектором і наявністю металевих шипів.
Під час катання на лижах, а також при обертанні підшипників різних механізмів тертя відіграє негативну роль. Для його зменшення використовують спеціальні мастила, як правило, на основі жирів (віск, літол).
