ТРЕНИЕ В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ
Л. П. ЛИСОВСКИЙ и А. Е. САЛОМОНОВИЧ
^кружающий нас мир находится в непрестанном дви - жении. Простейшим видом этого движения является перемещение одних вещей, предметов, тел относительно других — так называемое механическое движение. Мы садимся, встаём, ходим. По дороге лошадь тянет телегу; проезжает автомобиль; паровоз тянет по рельсам вагоны. Течёт река, по ней плывёт лодка, в воде плавают рыбы. По небу бегут облака, а над ними проносится самолёт. На фабрике с огромной скоростью вращаются станки, движутся приводные ремни.
Во всех этих разнообразных движениях есть одна общая черта. При всех таких движениях одни предметы соприкасаются либо с другими предметами, либо с окружающей их сплошной жидкой или газообразной средой, например, с водой или воздухом. Когда вы идёте, ваши ноги касаются пола. Автомобиль катится по дороге, вагоны — по рельсам. Рыбы плывут в воде, а вода в реке касается дна и берегов. Самолёт летит в воздухе, рассекая его своими крыльями.
Такое соприкосновение всегда оказывает большое влияние на движение.
Толкните лёгкие санки по укатанному снегу — они заскользят, но затем постепенно замедлят свой бег и остановятся. На дороге не видно подъёма; что же остановило санки? Санки остановила сила трения, которая возникает между стальными полозьями санок и снегом при скольжении. Эта сила направлена навстречу скольжению санок, тормозит это скольжение, уменьшает его скорость и, в конце концов, останавливает санки. Такая сила трения, возникающая при скольжении одних твёрдых предметов по другим, называется силой трения скольжения (рис. 1).
Ударьте ногой по футбольному мячу. Мяч прокатится по земле и остановится. Что остановило мяч? Снова трение. Но ведь мяч не скользит по земле, а катится. Оказывается, и при качении также возникает противодействующая сила. Такая сила называется силой трения качения. Это она тормозит катящуюся бочку, биллиардный шар, детский обруч.
Силы трения скольжения и качения возникают при скольжении или качении твёрдых тел. Но бывает ли так, что движения ещё нет, а сила трения уж*е действует? Оказывается, бывает, и вы сами наблюдали это неоднократно.
Вот, на столе лежит тяжёлая книга (рис. 2). Попробуйте её сдвинуть. Для этого потребуется некоторое усилие. И если на книгу нажать слишком слабо — она не тронется с места. Что же мешает ей двигаться? Сила трения между нижней обложкой книги и столом. Эта
|
Рис. 1. Трение скольжения. Стрелками показано направление силы трения. |
Сила трения препятствует твёрдым телам приходить в движение. Поэтому она называется силой трения покоя.
С какой бы стороны вы ни нажимали на книгу — слева, справа, спереди или сзади — сила трения покоя препятствует началу скольжения книги. Выходит, что сила трения покоя направлена также против движения — того движения, которое только ещё должно было бы возникнуть.
Только ли при соприкосновении твёрдых тел с твёрдыми возникает трение? Нет. Когда при движении жидкости или газа отдельные слои жидкости или газа скользят один относительно другого, между ними возникают силы внутреннего или вязкого трения.
Из-за внутреннего трения течение воды у стенок водопроводной трубы всегда медленнее, чем посередине. Непосредственно прилегающий к стенкам слой воды совсем не движется — он прилипает к стенкам. При очень медленном течении, когда слои текущей воды не перемеши - ваются, слой, текущий рядом с прилипшим, скользит относительно него и должен преодолевать действующие между ними силы трения. Следующий далее слой сколь-
|
Рис. 2. Чтобы сдвинуть с места книгу, нужно преодолеть силу трения покоя, Эта сила всегда направлена против движения, которое должно было бы возникнуть. |
Зит по второму, и между ними также действуют силы трения и т. д.
Таким образом, силы внутреннего трения тормозят течение воды в трубе.
Несколько иначе обстоит дело при больших скоростях, например, при движении самолёта в воздухе или подводной лодки в море. В этих случаях из-за вязкого трения воздуха или воды возникает новая сила, направленная навстречу движению и препятствующая ему.
Это — так называемое сопротивление давления. Оно во многих случаях оказывается значительно больше порождающего его вязкого трения. Но так как обе эти силы (вязкое трение и сопротивление давления) тормозят движение и всегда растут с увеличением его скорости, то их часто не различают, а рассматривают вместе, и сумму этих сил, т. е. полную силу, тормозящую тело, называют просто силой сопротивления среды. Трение, обусловленное вязкостью жидкости или газа, называют жидким в отличие от трения скольжения, качения, а также трения покоя, которые называются сухим трением, так как они возникают при соприкосновении твёрдых предметов.
