Вместе с опытным преподавателем физики выясним, какой бывает сила трения, от чего она зависит и откуда берется. Запомним основные правила и решим несколько задач, чтобы закрепить материал. И вспомним, где в нашей жизни это может пригодиться.
При малейшей попытке сдвинуть одно тело относительно другого с учетом специфики нашей планеты на них начинает воздействовать сила трения. И направлена она всегда вдоль поверхности, с которой тела соприкасаются (1). К примеру, представьте на столе коробку, которую вы решили передвинуть. Пока она стоит и в тот момент, когда ее дно заскользило по столешнице, на нее действует сила трения. Причем и на поверхность, по которой она двигается, тоже.
Помните знаменитый портрет Моны Лизы «Джоконда»? Ее гениальный автор, средневековый живописец, ученый и изобретатель Леонардо да Винчи, был первым, кто обратил внимание на это явление. Он исследовал силу трения, но его выводы не стали достоянием современников.
Как и труды о силе трения античных ученых — Аристотеля, Витрувия, Плиния. Только спустя столетия, в 1699 году свое открытие — три закона сухого трения Амонтона — увековечил французский физик Гийом Амонтон. Изучение этого явления с тех пор стало активным, и к ХХ веку появилась даже отдельная наука — трибология.
О значимости распространенной силы трения высказался нобелевский лауреат, физик Шарль Гийом, отметив, что не будь ее в сегодняшнем виде, все на земле скользило и катилось бы, пока не оказалось на одном уровне, и поверхность земли стала бы напоминать жидкость.
Возникает трение потому, что даже кажущиеся глазу идеально гладкими поверхности на самом деле такими не являются. Они цепляют и трутся друг о друга микроскопическими выступами.
По этим причинам она зависит не от площади взаимодействующих предметов, а от их веса и гладкости — чем больше шершавостей, тем сильнее трение. Потому, например, на автомобильные шины наносят рельефный рисунок — протектор.
У силы трения есть две характеристики:
1. Величина.
2. Направление.
А измеряется она, как и любая другая сила, в ньютонах и обозначается буквой F.
Тела в нашей жизни взаимодействуют в разных условиях.
Вязкое трение появляется в результате движения в жидкостях или газах. Например, между плывущей лодкой и водой в реке. Обычно сила вязкого трения меньше силы сухого, потому что жидкость или газ выступают в качестве смазки и уменьшают сцепку между телами. В дождь сцепление шины автомобиля с асфальтом, покрытым тонким слоем воды, хуже, чем на сухом асфальте. Эту особенность стали использовать, добавляя смазку между деталями двигателей, станков, что продлевает срок их службы.
Любой наблюдательный человек может подтвердить, что два тела движутся относительно друг друга разными способами. Шар в боулинге катится по полу, санки по снегу — скользят. А когда шкаф просто стоит в углу, между ним и полом или стенами, если он плотно к ним прилегает, есть сила трения или нет?
На самом деле выделяют три вида силы сухого трения:
Чтобы разобраться, рассмотрим каждую в отдельности.
Сила трения — это тема для изучения на уроках физики в 7-м классе общеобразовательной школы. Родители могут помочь ребенку закрепить материал, обсудив с ним примеры из окружающего мира.
— С силой трения мы встречаемся повсеместно, — поясняет Николай Герасимов. — Благодаря ей мы ходим, а автомобили ездят. Она не дает шнуркам развязываться, молнии на куртке расстегиваться, домам разваливаться на отдельные кирпичи, а самим кирпичам распадаться в крошку.
Таких примеров положительного и отрицательного проявления силы трения можно привести очень много.
— Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, — говорит Николай Герасимов. — Еще лучше один раз сделать самому, чем десять раз посмотреть, как делают другие. Подавляющее большинство изучаемых в школьном курсе физики явлений можно увидеть, внимательно посмотрев вокруг. Не представляет большого труда многие из этих явлений осознать в ходе самостоятельно проведенного эксперимента, что может стать хорошей базой для дальнейшего усвоения темы.
Например, в наших задачах требуется передвинуть тумбочку, стоящую на паркете, ламинате или линолеуме. Можно попытаться передвинуть ее как есть, но далеко не всегда это легко получиться сделать, да и велика вероятность поцарапать пол. Какая сила нам мешает? Достаточно большая сила сухого трения. Как ее можно уменьшить, что позволит облегчить выполнение задачи и избежать негативных последствий? Можно, например, под ножки тумбочки положить влажные тряпки, обеспечив тем самым смазку.
Сегодня это явление кажется нам повседневным, а запомнить формулы по силам любому школьнику. Но так было не всегда, давайте вспомним основные факты о силе трения.
2. Это происходит из-за микронеровностей любых материалов и электромагнитных полей.
3. Первым изучать силу трения начал Леонардо да Винчи в XV веке, но в виде закона ее изложил в XVII веке Гийом Амонтон. С ростом машиностроения, где требовалось снизить негативную роль трения, в ХХ веке появилась отдельная наука — трибология.
4. Существует сухое и вязкое трение, во втором случае между телами есть смазка или они погружены в жидкость или газ.
5. При сухом трении действуют три вида силы трения — покоя, скольжения и качения.
6. Сила трения покоя равна силе тяги.
7. Сила трения скольжения больше сил трения покоя и сил трения качения.
Список источников:
1. Перышкин А. Физика. 7-й класс. 2013.