Реферат выполнила Гладышева Марина, уч.10 а класа школы № 75
г. Черноголовка
Стрением мы сталкиваемся на каждом шагу. Вернее было бы сказать, что без трениямы и шагу ступить не можем. Но несмотря на ту большую роль, которую играеттрение в нашей жизни, до сих пор не создана достаточно полная картинавозникновения трения. Это связано даже не с тем, что трение имеет сложнуюприроду, а скорее с тем, что опыты с трением очень чувствительны к обработкеповерхности и поэтому трудно воспроизводимы.
Когдаговорят о трении, различают три несколько отличных физических явления:сопротивление при движении тела в жидкости или газе – его называют жидкимтрением; сопротивление, возникающее, когда тело скользит по какой-нибудьповерхности, – трение скольжения, или сухое трение; сопротивление, возникающеепри качении тела, – трение качения.
Движениютела обычно препятствуют силы трения. Если соприкасаются поверхности твёрдыхтел, их относительному движению мешают силы сухого трения. Характернойособенностью сухого трения является существование зоны застоя. Тело нельзясдвинуть с места, пока абсолютная величина внешней силы не превыситопределённого значения. До этого момента между поверхностями соприкасающихсятел действует сила трения покоя, которая уравновешивает внешнюю силу и растётвместе с ней. Максимальное значение силы трения покоя определяется формулой
|¦тр max| = µ |N |
гдеm- коэффициент трения, зависящий от свойств соприкасающихся поверхностей;
N– сила нормального давления.
Когдаабсолютная величина внешней силы превышает значение |¦тр max|, возникаетотносительное движение – проскальзывание. Сила трения скольжения обычно слабозависит от скорости относительного движения, и при малых скоростях её можносчитать равной |¦тр max|.
Движениютела в жидкости и газе препятствует сила жидкого трения. Главное отличиежидкого трения от сухого – отсутствие зоны застоя. В жидкости или газе невозникает силы трения покоя, и поэтому даже малая внешняя сила способна вызватьдвижение тела.
Первыеисследования трения, о которых мы знаем, были проведены Леонардо да Винчипримерно 500 лет назад. Он измерял силу трения, действующую на деревянныепараллепипеды, скользящие по доске, причём, ставя бруски на разные грани,определял зависимость силы трения от площади опоры. Но работы Леонардо да Винчистали известны уже после того, как классические законы трения были вновьоткрыты французскими учёными Амонтоном и Кулоном в XVII – XVIII веках. Вот этизаконы:
1.Величина силы трения F прямо пропорциональна величине силы нормального давленияN тела на поверхность, по которой движется тело, т.е. F = m N;
2.Сила трения не зависит от площади контакта между поверхностями;
3.Коэффициент трения зависит от свойств трущихся поверхностей;
4.Сила трения не зависит от скорости движения тела.
Вотпример. Английский физик Гарди исследовал зависимость силы трения междустеклянными пластинками от температуры. Он тщательно обрабатывал пластинкихлорной известью и обмывал их водой, удаляя жиры и загрязнения. Трениеувеличивалось с температурой. Опыт был повторён много раз, и каждый разполучались примерно одни и те же результаты. Но однажды, моя пластинки, Гардипротер их пальцами – трение перестало зависеть от температуры. Протерев пластинки,Гарди, как он сам считал, удалил с них очень тонкий слой стекла, изменившийсвои свойства из-за взаимодействия с хлоркой и водой.
Механизмтрения очень сложен. Обсудим такую модель. Из-за неровностей поверхностей оникасаются друг друга только в отдельных точках на вершинах выступов. Здесьмолекулы соприкасающихся тел подходят на расстояния, соизмеримые с расстояниеммежду молекулами в самих телах, и сцепляются. Образуется прочная связь, котораярвётся при нажиме на тело. При движении тела связи постоянно возникают ирвутся. При возникают колебания молекул. На эти колебания и тратится энергия.
Площадьдействительного контакта обычно порядка тысяч квадратных микронов. Онапрактически не зависит от размеров тела и определяется природой поверхностей,их обработкой, температурой и силой нормального давления. Если на телонадавить, то выступы сминаются, и площадь действительного контактаувеличивается. Увеличивается и сила трения.
Призначительной шероховатости поверхностей большую роль в увеличении силы тренияначинает играть механическое зацепление между “холмами”. Они при движениисминаются, и при этом тоже возникают колебания молекул.
Теперьпонятен опыт с полированными стеклянными пластинками. Пока поверхности были“грубые”, число контактов было не велико, а после хорошей полировки оновозросло. Можно привести ещё пример увеличения трения с улучшением поверхности.Если взять два металлических бруска с чистыми полированными поверхностями, тоони слипаются. Трение здесь становится очень большим, так как площадьдействительного контакта велика. Силы молекулярного сцепления, которыеответственны за трение, превращают два бруска в монолит.
Сухоетрение имеет ещё одну существенную особенность: наличие трения покоя. Вжидкости или газе трение возникает только при движении тела, и тело можносдвинуть, приложив к нему даже очень маленькую силу. Однако при сухом трениитело начинает двигаться только тогда, когда проекция приложенной к нему силы Fна плоскость, касательную к поверхности, на которой лежит тело, станет большенекоторой величины. Пока тело не начало скользить, действующая на него силатрения равна касательной составляющей приложенной силы и направлена впротивоположную сторону.
Вотещё примеры, когда хотят вытащить гвоздь из стенки без помощи клещей, егосгибают и тащат, поворачивая одновременно вокруг оси. По той же причине прирезком торможении автомобиль теряет управление и машину “заносит”: колёсаскользят по дороге, за счёт неровностей дороги возникает боковая сила.
Обычносчитают, что, для того чтобы сдвинуть тело с места, по нему нужно приложитьбольшую силу, чем для того, чтобы тащить тело. В большинстве случаев этосвязано с загрязнениями поверхностей трущихся тел. Так, для чистых металловтакого скачка силы трения не наблюдается.
Приравномерном движении смычка скрипки струна увлекается им и натягивается. Вместес натяжением струны увеличивается сила трения между смычком и струной. Когдавеличина силы трения становится максимально возможной, струна начинаетпроскальзывать относительно смычка. Если бы сила трения не зависела ототносительной скорости смычка и струны, то, очевидно, отклонение струны отположения равновесия не изменялось бы. Но при проскальзывании трениеуменьшается, поэтому струна начинает двигаться к положению равновесия. При этомотносительная скорость струны увеличивается, а это ещё уменьшает силу трения.Когда же струна, совершив колебания, движетсяв обратном направлении, еёскорость относительно смычка уменьшается смычёк опять захватывает струну, и всёповторяется сначала. Так возбуждаются колебания струны. Эти колебаниянезатухающие, поскольку энергия, потерянная струной при её движении, каждый развосполняется работой силы трения, подтягивающей струну до положения, прикотором струна срывается.
Этимможно и закончить тему о сухом трении – явлении, природу которого мы ещё непонимаем достаточно хорошо, но умеем описывать с помощью законов, выполняющихсяс удовлетворительной точностью. Это даёт нам возможность объяснять многиефизические явления и делать необходимые расчёты.