Силы трения    

       Силой трения называют силу, которая возникает при движении одного тела по поверхности другого. Она всегда направлена противоположно направлению движения. Сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления на трущиеся поверхности и зависит от свойств этих поверхностей. Законы трения связаны с электромагнитным взаимодействием, которое существует между телами.

       Различают трение внешнее и внутреннее.

       Внешнее трение возникает при относительном перемещении двух соприкасающихся твердых тел (трение скольжения или трение покоя).

       Внутреннее трение наблюдается при относительном перемещении частей одного и того же сплошного тела (например, жидкость или газ).

       Различают сухое и жидкое (или вязкое) трение.

       Сухое трение возникает между поверхностями твердых тел в отсутствие смазки.

       Жидким (вязким) называется трение между твердым телом и жидкой или газообразной средой или ее слоями.

       Сухое трение, в свою очередь, подразделяется на трение скольжения и трение качения.

Рассмотрим законы сухого трения (рис. 4.5).

Рис. 4.5

Рис. 4.6
       Подействуем на тело, лежащее на неподвижной плоскости, внешней силой , постепенно увеличивая ее модуль. Вначале брусок будет оставаться неподвижным, значит, внешняя сила уравновешивается некоторой силой , направленной по касательной к трущейся поверхности, противоположной силе . В этом случае и есть сила трения покоя.

Установлено, что максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения тел и приблизительно пропорциональна модулю силы нормального давления  N:

μ0коэффициент трения покоя, зависящий от природы и состояния трущихся поверхностей.

       Когда модуль внешней силы, а следовательно, и модуль силы трения покоя превысит значение  F0, тело начнет скользить по опоре – трение покоя  Fтр.пок  сменится трением скольжения  Fск  (рис. 4.6):

  Fтр = μ N, (4.4.1)  
где  μ  – коэффициент трения скольжения.

       Трение качения возникает между шарообразным телом и поверхностью, по которой оно катится. Сила трения качения подчиняется тем же законам, что и сила трения скольжения, но коэффициент трения  μ ; здесь значительно меньше.

       Подробнее рассмотрим силу трения скольжения на наклонной плоскости (рис. 4.7).

На тело, находящееся на наклонной плоскости с сухим трением, действуют три силы: сила тяжести  , нормальная сила реакции опоры    и сила сухого трения  . Сила   есть равнодействующая сил    и  ; она направлена вниз, вдоль наклонной плоскости. Из рис. 4.7 видно, что

F = mg sin α,         N = mg cos α.

Рис. 4.7

       Если   – тело остается неподвижным на наклонной плоскости. Максимальный угол наклона  α  определяется из условия  (Fтр)max = F  или  μ mg cosα = mg sinα, следовательно,  tg αmax = μ, где  μ  – коэффициент сухого трения.

Fтр = μN = mg cosα,
F = mg sinα.

       При  α > αmax  тело будет скатываться с ускорением
a = g ( sinα - μ cosα ),
Fск = ma = F - Fтр.

       Если дополнительная сила  Fвн, направленная вдоль наклонной плоскости, приложена к телу, то критический угол  αmax  и ускорение тела будут зависеть от величины и направления этой внешней силы.