Сила трения

Силой трения называется сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого и препятствующая этому движению. Посмотрим на опыте, от чего зависит сила трения.

На доске лежит деревянный брусок, который ниткой соединен с динамометром. Сейчас стрелка динамометра стоит на нуле.

Будем натягивать нитку, перемещая динамометр, и добиваться того, чтобы брусок равномерно скользил по поверхности доски. При этом показания динамометра будут равны силе натяжения нити и силе трения.

Вы видите, что показания динанометра составляют около 3 Н. Увеличим нагрузку на брусок, увеличим силу давления бруска на поверхность доски. Для этого поставим на брусок груз массой 1 кг. Мы увеличили силу давления примерно на 10 Н. Будем опять перемещать равномерно брусок по поверхности доски. Мы видим, что теперь нам нужно примерно 5 Н усилий для того, чтобы перемещать брусок. Сила трения возрасла до 5 Н.

Еще увеличим нагрузку, поставив груз, равный предыдущему. Сейчас общая сила давления за счет грузов возрасла на 20 Н. И вновь будем перемещать динамометр, наблюдая за его показаниями. Мы видим, что теперь для равномерного перемещения бруска по поверхности доски требуется сила порядка 7 Н.

Таким образом, мы можем сделать первый вывод, что чем больше сила давления груза на поверхность, тем больше сила трения движения. Но оказывается, что сила трения движения зависит не только от силы давления груза на поверхность, но и от того, какие поверхности соприкасаются между собой.

На бруске лежит резиновый лист, он прибит к бруску. Мы сейчас перевернем брусок таким образом, чтобы с доской соприкасалась не деревянная поверхность бруска, а резиновый лист. Даже в отсутствие дополнительной нагрузки нам понадобится существенная сила натяжения нити для того, чтобы перемещать брусок. Следите за показаниями динамометра. Вы видите, что показания динамометра сейчас составляют примерно 10 Н.

Мы можем уменьшить силу трения, для этого мы поступим следующим образом. Мы установим тележку на доску и прицепим эту тележку к динамометру. А на тележку мы поставим дополнительные грузы, то есть силу давления мы увеличим. Мы уже знаем, что чем больше сила давления, тем больше сила трения. Но даже при такой сравнительно большой силе давления нам понадобится очень маленькое усилие для того, чтобы перемещать весь груз.

Следите за показаниями динамометра. Вы видите, что показания динамометра составляют примерно 1 Н, даже меньше 1 Н, и такого усилия достаточно для того, чтобы перемещать тележку с грузом.

Мы можем поэтому сделать вывод, что сила трения качения существенно меньше силы трения скольжения.

Мы с вами рассмотрели случай, когда сила трения возникает при движении одного тела по поверхности другого. Но оказывается, что сила трения существует и при относительном покое одного тела по отношению к другому. Существует трение покоя.

Вот на доске лежит тот же брусок. Если я буду поднимать правый край доски, то брусок, казалось бы, должен соскользнуть с доски. Однако вы видите, что я поднимаю доску на заметный угол по отношению к поверхности стола, а брусок покоится по прежнему на доске. Какая сила удерживает брусок на доске? Это сила трения покоя. Она обусловлена взаимодействием между поверхностью бруска и поверхностью доски. Конечно, при каком-то достаточно большом угле брусок соскальзывает с доски.

Что будет, если положить брусок на поверхность доски таким образом, чтобы с поверхностью доски соприкасался резиновый лист? Я перевернул брусок, и сейчас доски касается резина. Оказывается, что в этом случае мы должны резко увеличить, значительно по сравнению с первым случаем, угол наклона доски для того, чтобы началось скольжение бруска по доске. То есть мы можем сделать вывод, что и в этом случае сила трения между резиной и деревом значительно больше, чем сила трения между двумя деревянными поверхностями.

Наконец, третья часть опыта. Поставим на доску тележку и на эту тележку вновь положим брусок. Теперь достаточно лишь слегка наклонить доску для того, чтобы началось движение грузов. То есть, как и раньше, мы делаем вывод, что сила трения покоя для случая качения значительно меньше, чем сила трения покоя для того случая, когда одно тело скользит по поверхности другого.