ТРЕНИЕ В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ

ПОЧЕМУ ВОЗНИКАЕТ ТРЕНИЕ

Наш рассказ о трении подходит к концу. Мы узнали, какое большое значение имеет трение в повседневной жизни, на производстве и транспорте; как важно бывает в одних случаях сделать трение как можно меньше, а в других — по возможности его увеличить. Мы выяснили, какие виды трения — сухого и жидкого — существуют в

Природе и отчего зависит величина трения. Может пока­заться, что вопрос о трении этим исчерпан. Однако это совсем не так: мы нигде не касались очень существенного вопроса: а что же такое силы трения по

Своей сути. Каковы их природа и происхождение?

Учёные давно уже установили, что все окружающие нас предметы, хотя и кажутся сплошными, на самом деле состоят из огромного количества мельчайших частиц — молекул. Размер молекул большинства веществ не превышает одной десятимиллионной доли сантиметра.

Разные вещества — железо, дерево, стекло, вода, масло, воздух — состоят из молекул разных сортов. Молекулы находятся в непрерывном беспорядочном дви­жении. Чем сильнее нагрето тело, тем быстрее движутся его молекулы. Вместе с тем молекулы в веществе дей­ствуют друг на друга: они притягиваются и отталки­ваются. В твёрдом теле взаимодействие (притяжение и отталкивание) столь сильно, что молекулы закреплены в определённых местах и могут только колебаться около этих мест. В газах притяжение молекул, наоборот, очень слабое, и молекулы летают по всем направлениям, сталкиваясь друг с другом и со стенками сосуда, в кото­ром помещён газ. Жидкости занимают промежуточное положение между этими крайними случаями.

Силы, действующие между поверхностями тел, в том числе и силы трения, складываются каким-то обра­зом из сил взаимодействия между молекулами, располо­женными у этих поверхностей.

Значит, чтобы узнать, откуда берутся силы трения, надо выяснить, каким именно образом эти силы складыва­ются из сил молекулярного взаимодействия.

Из сказанного выше ясно, что трение между твёр­дыми телами (сухое трение) должно сильно отличаться от трения в газах и жидкостях (вязкое трение). Ведь молекулярное взаимодействие во всех этих случаях разное.

Физикам и химикам, работающим над проблемой трения, не удалось пока выяснить сколько-нибудь полно молекулярную картину трения. Слишком трудна эта за­дача. Тем не менее можно уже сейчас многое сказать о происхождении сил трения.

Наиболее ясна картина внутреннего трения в газах. Здесь причина трения состоит в том, что молекулы вслед­ствие своего беспорядочного движения постоянно пере­мешиваются. Если в газе соседние слои текут с разными скоростями, то из-за хаотического движения молекулы «быстрого слоя» залетают в слой, текущий с малой скоростью, а молекулы «медленного слоя», наоборот, попадают в «быстрый слой». Вследствие этого происходит постепенное выравнивание скоростей: быстрый слой за­медляется, а медленный — ускоряется. Это и значит, что между слоями действует сила внутреннего трения.

Уже в жидкостях объяснить внутреннее трение или вязкость гораздо труднее. Ведь здесь взаимодействие молекул нельзя сводить, как в газе, к простым столкнове­ниям. Молекулярная картина трения в жидкостях ещё це ясна. Не менее сложно обостоит дело и при сухом трении.

Здесь нужно учитывать, во-первых, то, что поверхности самых гладких предметов оказываются в сущности - вовсе не гладкими, а шероховатыми. Эти шероховатости можно даже увидеть. Нужно только разглядывать их под до­статочно большим увеличением — в лупу или микроскоп. Тогда поверхности кажутся покрытыми буграми и ямами. При скольжении двух таких шероховатых поверхностей бугры приходят в близкое соприкосновение и взаимодей­ствуют только молекулы, расположенные на этих буграх.

Во-вторых, «сухие» и «чистые» поверхности твёрдых тел обычно совсем не сухие и не чистые: они покрыты тончайшими слоями влаги, различных газов, загрязне­ниями и окислами. Учёные установили, что наличие таких слоёв на поверхностях твёрдых тел также сильно влияет на величину и характер трения.

Трение скольжения твёрдых нарочито несмазанных поверхностей, т. е. «сухое трение», повидимому, объясня­ется двумя причинами.

Когда две поверхности скользят друг по другу, про­исходит разрушение бугров, о которых мы только что говорили. На это затрачивается работа, которую мы и называем работой по преодолению силы трения. Вторая причина — это сцепление между молекулами двух тру­щихся поверхностей. Чтобы сдвинуть их, нужно как бы разорвать невидимые «пружинки» — сцепления, кото­рыми связаны обе поверхности. На этот разрыв тоже идёт работа; она также является работой против силы трения.

Если подумать хорошенько, то окажется, что эти две причины не так уж различны: в обоих случаях надо разрушать сцепление молекул. Только - у грубо шерохо­ватых поверхностей рвутся молекулярные сцепления внутри бугров, т. е. происходит разрушение трущегося тела, а у очень гладких поверхностей рвутся сцепления между молекулами соприкасающихся поверхностей.

Застой, как видно, и наблюдается тогда, когда силы тяги нехватает на первоначальный разрыв сцеплений — «пружинок». Поверхности при этом, конечно, смещаются, но так мало (на расстояние в одну миллионную долю 'сантиметра или ещё меньше), что мы этого не замечаем.

Опыты, проделанные советскими физиками, под - tвepдили нарисованную только что картину.