Т_2.5. Сила трения

Внешним трением называется взаимодействие между различными соприкасающимися телами, препятствующее их относительному перемещению.

Например, внешнее трение существует между бруском и наклонной плоскостью, на которой брусок лежит или с которой он соскальзывает. Если трение проявляется между частями одного и того же тела, то оно называется внутренним трением .

Трение между поверхностями двух соприкасающихся твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки называется сухим трением. Трение между поверхностью твердого тела и окружающей его жидкой или газообразной средой, в которой тело движется, называется жидким или вязким трением .

Во всех видах трения возникает сила трения F_тр, направленная вдоль поверхности соприкасающихся тел противоположно скорости их относительного перемещения.

Пример

На рисунке выше, в системе отсчета связанной с поверхностью, тело движется вправо, соответственно, сила трения направлена влево.

Теперь посмотрим на ситуацию из системы отсчета связанной с телом. С этой точки зрения мы увидим, что поверхность движется влево, следовательно сила трения действующая на поверхность, будет направлена противоположно этому движению т.е. вправо.

Сухое трение подразделяется на:

а) трение покоя – возникает при ПОПЫТКЕ сдвинуть тело, но в отсутствии относительного движения.

б) трение скольжения – возникает при ДВИЖЕНИИ одного тела по поверхности другого.

Если к телу, находящемуся в соприкосновении с другим телом, прикладывать возрастающую внешнюю силу F’_R, параллельную плоскости соприкосновения, то при изменении этой силы от нуля до некоторого значения движения тела не возникает. Это свидетельствует о особом характере силы трения покоя: при попытке вывести тело из состояния покоя сила трения покоя изменяется от нуля до предельного значения F_{тр max} , причем в любой момент времени сила трения покоя равна по модулю и противоположна по направлению силе F’_R .

Можно сказать, что сила трения покоя является своего рода "зеркальным отражением"силы стремящейся вывести тело из состояния покоя.

Относительное движение тела возникает при условии:

(4.02)

То есть для того что бы тело начало движение по поверхности необходимо что сдвигающая сила (F’_R) стала больше чем МАКСИМАЛЬНАЯ сила трения покоя.ПРИМЕР-ПОЯСНЕНИЕ

При этом максимальная сила трения покоя определяется как

(4.03)

где N – нормальная реакция опоры, μ – коэффициент трения, определяемый характеристиками поверхностей.

Наглядно отобразить такое своеобразное поведение силы трения можно с помощью следующего графика

Т.о. необходимо различать промежуточное значение силы трения покоя , определяемое формулой (4.01), и максимальное значение силы трения покоя, определяемое формулой(4.03)

При достиженииF’_R значения равного максимальному значению силы трения покоя (4.03), тело начинает двигаться по поверхности. В этом случае сила трения скольжения определяется по формуле:

(5.01)

Как видно из формулы, сила трения скольжения не зависит от величины приложенной силы, действующей вдоль поверхности, от площади соприкасающихся поверхностей или от скорости их относительного движения.

Ранее мы говорили (§2.3 п2.01), что при определении сил, действующих на тело, необходимо исходить из того, что одно тело дает одну силу, но из этого правила есть исключения. В частности, поверхность “дает” две силы – силу трения и силу реакции опоры.

Так вот, это верно лишь отчасти. В действительности, поверхность дает одну силу – силу взаимодействия с поверхностью R, просто для удобства мы раскладываем эту силу на две составляющие – F_тр и N, при этом сила взаимодействия с поверхностью R определяется как их векторная сумма.

(6.01)

Чему равно ускорение тела, если угол при основании плоскости равен α ,а коэффициент трения равен μ.