Когда вы толкаете шкаф по полу или катаетесь на велосипеде — вы сталкиваетесь с трением. Это не просто “что-то мешает двигаться”, это целое физическое явление, без которого мы бы… скользили по полу, как на льду, и не смогли бы даже ходить!
Трение двух твердых тел - достаточно сложное физическое явление, которое сопровождается нагреванием, электризацией, разрушением поверхностей, диффузией вещества и т.д.
🔬 Что такое трение?
Трение — это сила, которая возникает при соприкосновении двух тел и препятствует их движению относительно друг друга. Представьте, что вы водите ладонью по столу. Вам нужно приложить усилие — именно это и есть преодоление трения.
🤔 Почему возникает трение?
Хотя поверхности могут выглядеть гладкими, в микроскоп они напоминают горы и впадины. Когда они соприкасаются, их “бугорки” зацепляются друг за друга. Чтобы двигаться, надо их "отломать", “сплющить” или "перетащить" — на это и уходит энергия, часть которой превращается в тепло.
📌 Интересно: Когда вы энергично трёте ладони друг о друга, они становятся более тёплыми. Это и есть результат процесса нагревания в результате трения!
🔧 Какие бывают виды трения?
В механике выделяют три основных типа:
1. Трение скольжения
Это когда одна поверхность скользит по другой.
Сила трения скольжения обозначается:
Fтр=μ⋅N
где:
- Fтр — сила трения;
- μ — коэффициент трения скольжения (безразмерная величина);
- N — сила нормальной реакции (вес тела, если плоскость горизонтальная).
📌 Интересно: Трение не зависит от площади контакта, а зависит от силы прижатия.Именно поэтому в гоночных машинах используют спойлеры — они направляют поток воздуха так, чтобы прижимать автомобиль к трассе. Это увеличивает силу трения между шинами и дорогой, а значит — улучшает сцепление и управляемость на высокой скорости.
2. Трение качения
Что это: разновидность трения скольжения, возникает при вращении одного тела по поверхности другого без смещения центра.
Пример: сверло в дереве, монета крутится на столе.
Особенности:
- Сила трения действует по касательной к окружности вращения.
- Чем больше радиус и скорость — тем больше момент сопротивления.
- Приводит к износу в местах контакта — особенно критично для подшипников, осей.
Физическое проявление — момент силы трения:
Mтр=μ⋅N⋅r
где:
- Mтр — момент трения,
- r — радиус.
📌 Кстати, трение качения меньше, чем трение скольжения, поэтому колеса придумали не просто так — катить легче, чем тащить!
3.Трение покоя
Хотя это не отдельный тип движения, важно знать про трение покоя — силу, которая не даёт телу начать движение, пока вы к нему только прикладываете усилие.
Формула:
Fтр (макс)=μ0⋅N
где μ0 — коэффициент трения покоя.
Пример: вы толкаете шкаф, он не движется → значит, работает сила трения покоя. Если вы сильнее надавите — шкаф "сдвинется", и начнёт работать уже трение скольжения.
4.Трение верчения
Когда один предмет вращается по поверхности другого — например, монета крутится на столе, тормозной диск вращается в колесе, или дрель работает в стене, — возникает особый вид сопротивления движению. Это трение верчения.
📌 Что это такое?
В отличие от идеальных, абсолютно твёрдых тел (которые соприкасаются в одной точке), реальные поверхности всегда контактируют по небольшой площади. При попытке повернуть одно тело относительно другого, части этой площади сопротивляются движению. Это сопротивление и есть трение верчения — нечто среднее между скольжением и кручением.
🔧 Проще говоря: трение верчения — это сила, мешающая телу вращаться по месту.
⚙️ Как это работает?
Силы трения, возникающие на участке соприкосновения, образуют пару сил, которая пытается остановить вращение. Суммарный эффект всех этих сил можно описать через момент трения:
M=μN
где:
- M — момент трения верчения (то, что мешает вращению);
- μ — коэффициент трения верчения (в метрах!);
- N — сила прижатия тел друг к другу (нормальная сила).
💡 Важно: коэффициент μ здесь — это не просто число, как при скольжении, а величина с размерностью длины, потому что он связан с распределением давления по площади.
📏 Откуда берётся коэффициент трения верчения?
Он зависит:
- от коэффициента трения скольжения между телами (f),
- от геометрии тела (например, радиуса цилиндра),
- от упругих свойств материалов.
Для простого случая — если плоская поверхность цилиндра радиуса aaa прижата к плоской поверхности — коэффициент μ может быть посчитан теоретически:
🔍 Пример из жизни
Представьте тормозной диск. Когда вы нажимаете на тормоз, колодки прижимаются к диску. Диск вращается, но сила трения верчения создаёт момент сопротивления — он замедляет колесо. Чем больше прижатие и радиус — тем больше этот момент. Это и есть работа трения верчения в действии.