Трение тел при движении в жидкости

Сила трения возникает не только при движении одного твердого тела по поверхности другого, но также и при движении твердого тела внутри жидкости. Мы сейчас проведем опыт, который можно будет объяснить только наличием такой силы.

В длинный цилиндр налит глицерин, и на цилиндр наклеены на равном расстоянии друг от друга зеленые метки. Мы бросим в цилиндр пластилиновый шарик и убедимся в том, что он будет проходить расстояние между этими метками через равные промежутки времени, то есть будет двигаться внутри цилиндра, в глицерине, равномерно. Для того, чтобы оценить время прохождения шариком расстояния между двумя соседними метками, мы воспользуемся прибором, который называется метроном. Метроном позволяет фиксировать звуковые удары через равные промежутки времени. В нашем случае метроном настроен таким образом, что он совершает удары примерно через одну секунду. Отпустим шарик в момент удара метронома и будем следить за прохождением шариком меток. Он пройдет мимо первой метки также в момент удара метронома, а каждая последующая метка будет проходиться через два удара метронома, то есть через две секунды. Следите за движением шарика и за ударами метронома.

Раз! Два! Три! Четыре! Пять!

Повторим опыт еще раз. Раз! Два! Три! Четыре! Пять!

Мы убедились в том, что шарик двигался внутри глицерина равномерно. Давайте попробуем объяснить опыт. Тело движется равномерно и прямолинейно (это как раз тот случай, который реализовался в опыте) в том случае, если на это тело не действуют никакие силы или если равнодействующая всех сил, действующих на это тело, равна нулю. Конечно, на шарик действует сила тяжести. Значит, для того, чтобы шарик падал равномерно и прямолинейно вниз двигался, нужно, чтобы на него действовали еще какие-то силы. Что же это за силы? Как раз это сила трения со стороны жидкости, которая направлена вверх. Она препятствует движению шарика. Кроме этого, на шарик при его движении в жидкости, при его погружении в жидкость действует еще одна сила, направленная вверх. Это сила выталкивающая, сила Архимеда, с которой вы познакомитесь несколько позднее.

Итак, на шарик действуют три силы: сила тяжести, направленная вниз, сила трения и Архимедова сила, направленная вверх. Две из этих сил постоянны: сила тяжести и Архимедова сила. Что же касается силы трения, то она возрастает по мере того, как растет скорость шарика. Вы знаете, что когда вы движетесь на велосипеде, то чем вы быстрее едете, тем больше сила встречного сопротивления, сила трения. Когда я отпускаю шарик, он вначале разгоняется, и сила трения растет. И вот в какой-то момент сумма сил трения и выталкивающей силы, силы Архимеда, становится равной силе тяжести. И две силы, Архимедова и сила трения, уравновешивают силу тяжести, равнодействующая становится равной нулю, и шарик начинает двигаться равномерно и прямолинейно.

Таким образом, только наличием силы трения при движении шарика в жидкости можно объяснить факт его равномерного прямолинейного движения.