Зачем нам сила трения?
Сила трения играет огромную роль не только в технике, но и в нашей повседневной жизни. Благодаря трению мы можем твердо стоять на ногах и ходить, не опасаясь упасть, машины ездят по дорогам и происходит ещё множество различных полезных процессов. Но в некоторых случаях сила трения попросту мешает: на её преодоление нужно тратить энергию, что понижает эффективность различных механизмов. Кроме того, трение и его следствия, такие как нагрев, зачастую оказываются основной причиной износа деталей. Поэтому «нулевая сила трения» — конечно, только там, где она нужна — это, можно сказать, давняя мечта инженеров. Хотя, увы, практически недостижимая.
Отчего она возникает?
С точки зрения физики, основные причины возникновения сил трения можно поделить на две группы. Если неровности поверхности намного больше размеров атомов или молекул, то доминируют механические силы, возникающие при взаимодействии этих неровностей на соприкасающихся поверхностях — хотя в конечном итоге на атомном уровне эти силы имеют электромагнитную и квантовую природу.
Как её уменьшить?
Исходя из этого, учёные и инженеры придумали различные способы, как силу трения уменьшить. Например, механические силы трения можно уменьшить с помощью обработки поверхности, то есть уменьшения шероховатости. Можно также использовать консистентные смазки — они заполняют микронеровности поверхности, делая ее более гладкой.
Однако если поверхность становится слишком гладкой, трение начинает увеличиваться. Когда неровности становятся сравнимы по размеру с атомами или молекулами, начинают проявляться силы Ван-Дер-Ваальса — силы взаимодействия электромагнитной природы. Положите друг на друга два чистых куска стекла, выдавите воздух из пространства между ними, а затем попробуйте разделить их. Это может оказаться непросто — стекла слипнутся и будут сопротивляться попыткам разделения или сдвига. Причиной как раз и являются силы Ван-Дер-Ваальса — силы межатомного и межмолекулярного взаимодействия, за счёт которых атомы и молекулы начинают притягиваться друг к другу, оказывая сопротивление скольжению деталей. Уменьшить эти их можно, разделив детали, например, с помощью жидкостных пленок, таких как слой масла, или газовых прослоек — магнитной подвески или воздушной подушки. В этом случае трение тоже будет, но другого типа: гидро- или аэродинамическое, такие силы гораздо меньше.
Есть еще один способ — использование материалов, у которых на поверхности находятся атомы, не вступающие во взаимодействие с атомами других поверхностей. Например, политетрафторэтилен, известный также как тефлон. Атомы фтора в его составе прочно связаны с атомами углерода, и очень слабо взаимодействуют с другими материалами, поэтому тефлон — очень скользкий и «антипригарный» материал.
Эти способы позволяют во многих случаях значительно уменьшить силу трения, но полностью избавиться от нее в реальной жизни всё равно не удастся. Ведь убрать фундаментальные причины возникновения сил трения невозможно.
Подписывайтесь на наш телеграм-канал — там больше интересного.
