сухе тертя
Зовнішнє тертя твердого тіла по твердому тілу називається сухим тертям.
Величина тертя залежить від стану поверхні сопрікос-нення і швидкості відносного переміщення тіл.
У виникненні сил тертя істотну роль грають сили молекулярного тяжіння, що діють між молекулами з-торкаються тел, і механічні сили, які виникають в за-цепленіе окремих виступів, завжди наявних навіть на добре відшліфованих поверхнях. Дійсне зіткнення тіл відбувається при цьому на окремих ділянках, загальна площа яких значно менше видимої площі дотику. На цих ділянках навіть малі навантаження створюють високі місцеві тиску, викликають деформації поверхневого шару і взаємо-ве - впровадження окремих мікрочастей тел.
Таким чином, сила сухого тертя обумовлена наступними основними факторами: пружною і пластичної деформаціями нерівностей при зчепленні і дією молекулярних сил. Суворої теорії сил тертя до сих пір не існує.
Розрізняють два види сухого тертя: тертя ковзання і тертя кочення. Перше виникає при русі вантажу по площині, осі колеса у втулці, цвяха, вбиваємо в дошку; друге - при дви-жении колеса автомобіля, велосипеда по поверхні Землі, кульок шарикопідшипника в оправі. (Тертя кочення ми розглянемо в розділі про обертальному русі твердих тіл.)
Помістимо на горизонтальну поверхню столу брусок, при-кріпимо до його торця нитку і перекинемо її через блок (рис.3).
До ві-сящему кінця нитки будемо прикладати послідовно возрастаю-щие навантаження. Брусок залишиться в спокої при будь-яких навантаженнях, менших за вагою деякого значення Gмакс. Отже, на брусок, поки він спочиває, діє в напрямку, протилежний-ном доданої силі, сила тертя: Сила тертя, що діє між дотичними тілами в стані спокою, називаетсясілой тертя спокою. Вона дорівнює за величиною і протилежна за напрямком силі, яке спонукає тіло до руху, і змінюється за величиною при її через трансформаційних змін. Існування сил тертя спокою, мабуть, пов'язано з проявом сил міжмолекулярної взаємодії і з наявністю ще до початку ковзання малих зверни-мих деформацій нерівностей по-поверхні.
При досягненні зовнішньої силою граничного значення сили тертя спокою Fмакс виникає ковзання тел. Закони тертя ковзання були сформульовані французьким вченим Амонтоном (1699 г.) і не-залежно від нього Кулоном (1781 г.). Величина максимальної сили тертя спокою пропорційна силі реакції Rn. діючої нормально до поверхонь сопри-косновение тел:
де
Значення коефіцієнта тертя найпростіше знайти методом пре-ділового кута. Для цього вимірюють кут .наклона площині, при якому починається ковзання тіла, що лежить на ній (рис. 4).
Тіло і площину виготовляють з матеріалів, для яких хочуть знайти значення
Звідси відповідно до формули (2)
т. е. коефіцієнт тертя спокою чисельно дорівнює тангенсу предель-ного кута (
Строго кажучи, коефіцієнт тертя спокою непостійний, він змінюється в залежності від тиску між тілами, від температури і т. П. Тому закон Амонтона можна розглядати лише як наближений. Якщо сила, що діє на тіло, більше граничного значення сили тертя спокою F> Fмакс, то тіло набуває прискорення та сила тертя спокою переходить в силу тертя ковзання. У деяких спеціальних випадках (тертя металевих тіл з очищеної поверхнею і т. П.) Сила тертя ковзання для порівняно невеликого інтервалу швидкостей приблизно дорівнює граничної силі тертя спокою і не залежить від швидкості руху. Графік зависи-мости сили тертя Fтр від швидкості v для цього випадку дан на рисун-ке 5. Ця залежність називається законом Кулона. Для щодо відповідності-ної швидкості, що дорівнює нулю (v = 0), сила тертя Fтр не однозначна і може приймати будь-які значення від + Fмакс до -Fмакс. Следова-кові, для кулонівських сил тертя коефіцієнт тертя визна-ляет величину не тільки максимальної сили тертя спокою, а й величину сили тертя ковзання.
У загальному ж випадку сила тертя ковзання залежить від відносної швидкості тіл. Характер цієї залежності зображений на малюнку 6. При швидкості v = 0 сила тертя може приймати будь-які значення, за абсолютною величиною менші або рівні Fмакс. Для деякого досить малого інтервалу значень швидкості сила тертя наближено постійна, а потім зменшується, досягає мінімуму і починає зростати.
Вимірювання сил тертя ковзання виробляють за допомогою при-борів, званих трибометр. Принцип дії трибометр: одне з випробовуваних тел А (рис.1) приводиться в рух щодо другого Б. до тіла Б (контртіло) прикріплюється динамометр, що вимірює тангенціальну силу, необхідну для утримання контртіла в спокої.