ТРЕНИЕ В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ

Скользить ИЛИ КАТИТЬСЯ?

Познако-мимся теперь поближе с трением скольжения и трением качения.

Потяните санки с силой, превышающей максимальное трение покоя. Они тронутся с места и заскользят. Но стоит вам ослабить верёвку, и санки, проехав ещё немного, остановятся. Мы уже знаем причину этого: при скольже­нии всегда действует сила трения скольжения, которая направлена против движения и тормозит его. От чего за­висит эта сила? Подобно силе трения покоя, сила трения скольжения зависит от давления.

Всем известно, что тяжело нагруженные санки тянуть куда труднее, чем пустые. Здесь также приблизительно справедлив закон Кулона: во сколько раз больше сила, прижимающая скользящие поверхности друг к другу, во столько же раз больше сила трения скольжения. Она также зависит от материала трущихся поверхностей.

В лесных районах нашей страны зимой широко поль - зуются ледяными дорогами при доставке леса к сплав­ным рекам. Когда выпадает снег, дорогу хорошо укаты­вают и колеи обливают водой, получаются ледяные «рельсы». По этим «рельсам» на санях возят громадные брёвна. Пара лошядей, запряжённых в сани, легко везёт 7 тонн брёвен. А трактор может увезти, конечно, ещё больше (рис. 8). Секрет этой лёгкости в том, что величина трения скольжения стальных полозьев о лёд очень мала1.

Те же сани по земле пришлось бы тянуть с силой в пят - надцать-двадцать раз большей. Никакая пара лошадей не справилась бы с такой задачей. По снегу тянуть сани хотя и труднее, чем по льду, но во много раз легче, чем по земле.

Как зависит трение скольжения от скорости? Измере­ния показывают, что обычно при медленном скольжении сила трения меньше трения покоя. С увеличением скоро­сти сила трения начинает снова возрастать. При некото­рой скорости она делается равной силе трения покоя и при

Дальнейшем росте скорости почти не изменяется. В сред­нем же сила трения скольжения почти равна максималь­ной силе трения покоя (при прочих равных условиях).

В начале движения, когда скорость ещё очень мала, трение скольжения обычно меньше, чем трение покоя. Этим объясняется тот известный факт, что сдвинуть с места предметы бывает труднее, чем тянуть их потом: чтобы сдвинуть предмет с места, надо преодолеть силу трения покоя, я чтобы тянуть его, надо преодолевать силу трения скольжения.

Поставьте на стол стакан (не гранёный) и толкните его так, чтобы он заскользил своим дном по столу. Сдви­нувшись на несколько сантиметров, стакан остановится. Положите теперь тот же стакан на бок и толкните его с той же силой. Будьте осторожны — стакан может легко скатиться на пол! В чём дело? Вес стакана не изменился, его боковые стенки и дно сделаны из одного и того же стекла, стол тот же самый. Всё дело в том, что теперь стакан катится, а не скользит, и тормозит его дви­жение сила трения качения, которая во много раз меньше силы трения скольжения.

Не приходилось ли вам когда-нибудь наблюдать, как трактор-тягач тянет на буксире автомобиль, потерпевший аварию? Хорошо, если у пострадавшего автомобиля ко­лёса сохранили способность вращаться. Тогда буксировка не составляет большого труда. Но беда, если хотя бы одно колесо заклинилось и может только скользить по дороге. В этом случае движение происходит совсем мед­ленно, хотя мотор тягача и работает изо всех сил. Сталь­ной канат, которым привязана буксируемая машина, на­тягивается, как струна, и вот-вот лопнет. И здесь всё дело в том, что вместо трения качения приходится пре­одолевать значительно большее трение скольжения.

Во многих случаях оно оказывается раз в 50 больше трения качения! _

В остальном трение качения мало чем отличается 01 трения скольжения.

Чтобы началось качение, тоже необходимо преодо­леть максимальное трение покоя. Только трение покоя для качения значительно меньше трения покоя, предшест­вующего началу скольжения.

От скорости движения трение качения зависит ещё меньше, чем трение скольжения: оно почти не растёт с увеличением скорости. При росте давления на движу­щийся предмет трение качения возрастает, но растёт мед­леннее, чем трение скольжения — оно не подчиняется закону Кулона. Величина трения качения также сильно зависит от трущихся материалов.

Из сравнения качения со скольжением становится ясным ответ на поставленный в заголовке вопрос: что лучше — скользить или катиться? Конечно, катиться вы­годнее, чем скользить. Чтобы поддерживать качение, нужно прикладывать гораздо меньшую силу, чем для под­держания, скольжения с той же скоростью. Поэтому по­нятно, что летом ездят в телеге, а не на санях.

Но почему же зимой колёса уступают место по­лозьям? Всё дело в том, что колёса выгоднее полозьев только в том случае, когда они катятся. А чтобы ко­лёса могли катиться, под ними должна быть твёрдая, гладкая дорога и к тому же нескользкая. Недаром ещё в 1837 году известный русский изобретатель В. П. Гурьев предлагал строить деревянные «колёсопроводы», заделан­ные в обычные шоссе, для облегчения движения колёс­ных экипажей, в том числе и для изобретённых им «сухо­путных пароходов» — прообразов современных автомо­билей.

На глубоком снегу колёса провалятся, увязнут и бу­дут лишь месить снег, а не катиться. Сани же лучше держатся на снегу. Нагрузка в этом случае распреде­ляется на большую поверхность полозьев, и снег под ними продавливается меньше.