Механика и теория относительности - Матвеев А.Н.
ISBN 5-329-007242-9
Скачать (прямая ссылка):
очень больших скоростях, не для всех тел и не при всяких качествах
обработки поверхностей. Во многих случаях график зависимости силы трения
между твердыми поверхностями от скорости имеет вид, показанный на рис.
122, б: сначала при увеличении скорости до некоторого значения сила
трения уменьшается в сравнении с трением покоя (для сокращения выражений
вместо "максимальная сила трения покоя" говорят "сила трения покоя"), а
затем возрастает.
Наиболее характерной особенностью рассмотренной силы трения является
наличие трения покоя: сила трения не обращается в нуль при нулевой
относительной скорости соприкасающихся тел. Такое трение называется
сухим. Сила трения в случае, изображенном на рис. 121, дается формулой
/тр = k'mg, причем к' называется коэффициентом
- F
Сухое трение
Для него характерно наличие трения покоя
122.
Зависимость силы сухого трения от скорости. На оси ординат отложены силы
против скорости
334
Глава 12. ДИНАМИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА
Зависимость силы жидкого трения от скорости. На оси ординат отложены силы
против скорости
Характерная особенность этого трения - исчезновение силы тре* иия при
нулевой скорости движения
I
Явление застои мотет существенно исназить результаты измерений физических
величин с помощью приборов, если при двимении их стрелой в осях вращения
имеется сухое трение.
!!"!
!ш
Ж
ркшлгН
Му. А _
щщт
I
кшН!
..в
uli'0t ¦ .."IP.
124.
Явление застоя
трения. Он определяется экспериментально.
Возникновение сухого трения обусловлено взаимодействием молекул, атомов и
электронов, находящихся вблизи поверхности соприкосновения, т. е. в
конечном счете электромагнитным взаимодействием.
Жидкое трение. Если соприкасающиеся металлические поверхности хорошо
смазать, то они начинают скользить уже при очень малых, практически
равных нулю силах. Это объясняется тем, что между собой трутся не твердые
металлические поверхности, а тонкие жидкие масляные пленки, которые
налипают при смазке на поверхности. Такие силы трения, у которых трение
покоя отсутствует, называются силами жидкого трения. Например,
металлический шарик движется в газе или жидкости при самых малых силах.
Между поверхностью шарика и газом или жидкостью возникают силы трения,
которые стремятся противодействовать движению. Однако при стремлении
скорости к нулю эта сила трения стремится к нулю, т. е. является силой
жидкого трения.
Зависимость силы жидкого трения от скорости изображена на рис. 123. При
достаточно малой скорости эта сила прямо пропорциональна скорости: fTp =
-k\. Коэффициент пропорциональности к зависит от свойств жидкости или
газа, геометрических характеристик тела, свойств его поверхности.
При движении твердых тел в жидкости или газе наряду с силой трения,
которая в каждой точке направлена по касательной к поверхности тела, на
тело в противоположном его скорости направлении действуют также силы
другой природы, которые называются силами сопротивления. Они
рассматриваются в механике сплошной среды. При решении задач на движение
они учитываются так же, как и силы жидкого трения, завися-
54. Движение при наличии сухого трения
335
щие от скорости. Сила сопротивления увеличивается пропорционально
квадрату скорости: / v2. Однако их роль существенна
лишь при достаточно больших скоростях. При малых скоростях можно
ограничиться учетом силы трения, пропорциональной первой степени
скорости.
Трение качения. При качении сухого твердого колеса по твердой поверхности
наряду с силой сухого трения возникает трение качения. Оно будет
рассмотрено в § 56 вместе с другими вопросами качения.
Работа сил трения. Работа силы трения покоя равна нулю, поскольку
перемещение отсутствует. При скольжении твердых поверхностей сила трения
направлена против перемещения. Ее работа отрицательна. Вследствие этого
кинетическая энергия трущихся тел превращается во внутреннюю - трущиеся
поверхности нагреваются. Сила жидкого трения также производит
отрицательную работу, при этом кинетическая энергия движущихся тел также
превращается во внутреннюю и скорость тел уменьшается.
Таким образом, для движения при наличии трения закон сохранения энергии
не может быть сформулирован в виде постоянства суммы кинетической и
потенциальной энергий. При наличии трения эта сумма убывает, происходит
превращение энергии во внутреннюю энергию трущихся тел.
Не следует думать, что трение преимущественно играет отрицательную роль
для движения. Если бы не было трения, то необходимо было бы изменить весь
уклад жизни. Можно сказать, что существующая техника базируется на
наличии трения. Если бы его не было, то не смогли бы двигаться
автомобили, люди не могли бы ходить по ровной поверхности земли,
невозможно было бы безопасно сидеть на стуле и т. д.
54. Движение при наличии сухого трения
В динамике учет сухого трения сводится к учету действия силы трения,
направленной против скорости, и в этом смысле каких-либо необычных
особенностей не представляет. Однако наличие трения покоя приводит к
