Сила трения. Виды трения

Что такое сила трения

Сила трения — это сила, которая возникает при соприкосновении тел и препятствует их относительному движению или попытке сдвинуться. Она всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения, против движения или возможного движения тела. Причины трения — шероховатость поверхностей, из-за которой неровности цепляются друг за друга, и притяжение молекул соприкасающихся тел в местах плотного контакта. Даже отполированные поверхности под микроскопом выглядят бугристыми, поэтому полностью избавиться от трения невозможно.

Виды трения

В механике различают три основных вида трения, и их полезно чётко разделять.

• Трение покоя — удерживает тело на месте, пока внешняя сила не превысит некоторого максимального значения. Именно благодаря ему мы можем ходить, а предметы не соскальзывают с наклонного стола.
• Трение скольжения — действует, когда одно тело скользит по поверхности другого. Оно направлено против скольжения.
• Трение качения — возникает при качении колеса, шара или цилиндра. Оно заметно меньше трения скольжения, и поэтому колесо стало одним из величайших изобретений человечества.

Формула силы трения скольжения

Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормального давления, прижимающей тело к поверхности:

F_тр = μ · N

Здесь μ — коэффициент трения, безразмерная величина, которая зависит от материалов и обработки поверхностей, а N — сила реакции опоры. На горизонтальной поверхности без других вертикальных сил N равна силе тяжести. Важная особенность: сила трения скольжения почти не зависит от площади соприкосновения тел.

Разбор примера

Брусок массой 2 килограмма равномерно тянут по горизонтальному столу. Коэффициент трения между бруском и столом равен 0,3. Найдём силу трения. Ускорение свободного падения примем равным 10 метрам на секунду в квадрате.

N = m · g = 2 · 10 = 20 Н; F_тр = μ · N = 0,3 · 20 = 6 Н.

Поскольку брусок движется равномерно, сила тяги уравновешивает силу трения, значит, тянуть брусок нужно тоже с силой 6 ньютонов. Трение приносит и пользу, и вред: оно помогает автомобилю тормозить и не даёт гвоздю выскочить из доски, но одновременно изнашивает детали машин и требует смазки.

Частые ошибки: считают, что сила трения зависит от площади контакта; на наклонной плоскости берут силу реакции опоры равной силе тяжести, забывая, что нормальная реакция равна лишь её составляющей; путают трение покоя, которое может меняться, с постоянным трением скольжения.

Кратко о главном

• Сила трения направлена против движения вдоль поверхности соприкосновения.
• Различают трение покоя, скольжения и качения.
• Сила трения скольжения равна произведению коэффициента трения на силу реакции опоры.
• Трение качения значительно меньше трения скольжения — поэтому используют колёса и подшипники.
• Трение бывает и полезным, и вредным.