Сила трения

Что такое сила трения

Сила трения — это сила, которая возникает при соприкосновении поверхностей тел и направлена вдоль поверхности соприкосновения, препятствуя относительному движению или попытке движения. Трение всегда направлено противоположно скорости движущегося тела (или противоположно той силе, что стремится его сдвинуть).

Природа трения связана с шероховатостью поверхностей и силами притяжения между молекулами соприкасающихся тел. Без трения нельзя было бы ходить, ездить на автомобиле или удерживать предметы в руках. В то же время трение приводит к потерям энергии и износу деталей, поэтому в технике с ним приходится бороться при помощи смазки и подшипников качения.

Виды трения

В механике выделяют три основных вида сухого трения:

• Трение покоя — возникает между неподвижными телами и не даёт телу начать движение. Оно изменяется от нуля до некоторого максимального значения.
• Трение скольжения — действует, когда одно тело скользит по поверхности другого.
• Трение качения — возникает при качении тела (колеса, шара). Обычно оно значительно меньше трения скольжения.

Закон трения скольжения

Сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления (силе реакции опоры) и вычисляется по формуле F_тр = mu * N, где mu — коэффициент трения, N — сила нормальной реакции опоры.

Коэффициент трения mu — безразмерная величина, зависящая от материала и состояния поверхностей. Важная особенность: сила трения скольжения почти не зависит от площади соприкосновения тел.

Пример решения задачи

Брусок массой m = 4 кг лежит на горизонтальном столе. Коэффициент трения mu = 0,25. Найти силу трения при движении бруска.

N = m * g = 4 * 10 = 40 Н
F_тр = mu * N = 0,25 * 40 = 10 Н

Если на брусок действует горизонтальная сила меньше 10 ньютонов, он останется на месте (трение покоя), если больше — начнёт двигаться. Максимальная сила трения покоя примерно равна силе трения скольжения, поэтому именно значение 10 ньютонов является границей, отделяющей покой от движения.

Где трение помогает, а где мешает

Трение играет двойную роль. Полезное трение позволяет автомобильным шинам сцепляться с дорогой, ремённым передачам передавать движение, гвоздю удерживаться в доске. Вредное трение нагревает детали, снижает коэффициент полезного действия машин и приводит к их износу. Для уменьшения вредного трения применяют смазку, заменяют трение скольжения трением качения, делают поверхности более гладкими.

Частые ошибки

Не путайте силу нормальной реакции N с весом тела. На горизонтальной поверхности они равны по модулю, но на наклонной плоскости N = m * g * cos(alpha), и трение нужно считать именно через N, а не через вес.

Кратко о главном

• Сила трения направлена вдоль поверхности против движения.
• Различают трение покоя, скольжения и качения.
• Сила трения скольжения: F_тр = mu * N.
• Коэффициент трения зависит от материалов, но не от площади контакта.
• На наклонной плоскости сила реакции опоры меньше веса тела.