Сіла трэння

Сіла трэння — сіла, якая ўзнікае пры ўзаемадзеянні цвёрдых целаў пры іх адносным руху (зрушэнні) або пры руху цвёрдага цела ў газападобным ці вадкім асяроддзі. Па-іншаму завецца фрыкцыйным узаемадзеяннем (англ.: friction). Вывучэннем працэсаў трэння займаецца раздзел фізікі, які завецца механікай фрыкцыйнага ўзаемадзеяння, ці трыбалогіяй.

Трэнне, як і ўсе іншыя віды ўзаемадзеяння, падпарадкоўваецца трэцяму закону Ньютана: калі на адно з целаў дзейнічае сіла трэння, то такая ж па модулю, але накіраваная ў супрацьлеглы бок, сіла дзейнічае і на другое цела. Сілы трэння, як і пругкія сілы, маюць электрамагнітную прыроду. Яны ўзнікаюць з прычыны ўзаемадзеяння паміж атамамі і малекуламі датыкальных цел.

Сіламі сухога трэння называюць сілы, якія ўзнікаюць пры судотыку двух цвёрдых цел пры адсутнасці паміж імі вадкай або газападобнай праслойкі. Яны заўсёды накіраваны па датычнай да датыкальных паверхняў.

Сухое трэнне, якое ўзнікае пры адносным спакоі тэл, называюць трэннем спакою. Сіла трэння спакою заўсёды роўная па велічыні знешняй сіле і накіравана ў супрацьлеглы бок.

Сіла трэння спакою : ${\vec {F}}_{TP.}=-{\vec {F}}$ пры ${(\vartheta =0)}$, дзе ${\vec {F}}$ — знешняя сіла.

Сіла трэння спакою не можа перавышаць некаторага максімальнага значэння. Калі знешняя сіла больш, узнікае адноснае праслізгванне. Сілу трэння ў гэтым выпадку называюць сілай трэння слізгацення. Яна заўсёды накіравана ў бок, супрацьлеглы кірунку руху, і, наогул кажучы, залежыць ад адноснай хуткасці цел. Аднак, у многіх выпадках набліжана сілу трэння слізгацення можна лічыць незалежнай ад велічыні адноснай хуткасці цел і роўнай максімальнай сіле трэння спакою. Гэтая мадэль сілы сухога трэння ўжываецца пры вырашэнні многіх простых фізічных задач.

Досведы паказваюць што, сіла трэння слізгацення прапарцыйная сіле нармальнага ціску цела на апору, а такім чынам, і сіле рэакцыі апоры.

Сіла трэння слізгання — сіла, якая ўзнікае паміж датыкальнымі целамі пры іх адносным руху.

Дасведчаным шляхам устаноўлена, што сіла трэння залежыць ад сілы ціску цел адзін да аднаго (сілы рэакцыі апоры), ад хуткасці адноснага руху. Так, як ніякае цела не з’яўляецца абсалютна роўным, сіла трэння не залежыць ад плошчы судакранання, і рэальная плошча судакранання значна менш назіранай; акрамя таго, павялічваючы плошчу, мы памяншаем ўдзельны ціск цел адзін да аднаго.

Велічыня, якая характарызуе паверхні, якія труцца, называецца каэфіцыентам трэння, і пазначаецца часцей за ўсё лацінскай літарай $k$ або грэцкай літарай $\mu$. Яна залежыць ад прыроды і якасці апрацоўкі паверхняў якія труцца. Акрамя таго, каэфіцыент трэння залежыць ад хуткасці. Зрэшты, часцей за ўсё гэтая залежнасць выяўленая слаба, і калі вялікая дакладнасць вымярэнняў не патрабуецца, то $k$ можна лічыць пастаянным. У першым набліжэнні велічыня сілы трэння слізгання можа быць разлічана па формуле:

$F=kN$

$k$ —каэфіцыент трэння слізгання,

$N$ — сіла нармальнай рэакцыі апоры.

Сіламі трэння называюцца тангенцыйныя ўзаемадзеяння паміж датыкальнымі целамі, якія ўзнікаюць пры іх адносным перамяшчэнні.

Досведы з рухам розных датыкальных цел (цвёрдых па цвёрдым, цвёрдых ў вадкасці або газе, вадкіх ў газе і т. П.) З розным станам паверхняў судотыку паказваюць, што сілы трэння выяўляюцца пры адносным перамяшчэнні датыкальных тэл і накіраваны супраць вектара адноснай хуткасці тангенцыйнай да паверхні судакранання. Пры гэтым заўсёды ў большай ці меншай ступені адбываецца пераўтварэнне механічнага руху ў іншыя формы руху матэрыі — часцей за ўсё ў цеплавую форму руху, і адбываецца награванне ўзаемадзейнічаюць цел.

Сілы трэння ўзнікаюць і пры качэннi цела. Аднак сілы трэння качэння звычайна досыць малыя. Пры вырашэнні простых задач гэтымі сіламі грэбуюць.

Тыпы трэння слізгання

Калі паміж целамі адсутнічае вадкая або газападобных праслойка (змазачных матэрыял), то такое трэнне называецца сухім. У адваротным выпадку, трэнне называецца «вадкім». Характэрнай адметнай рысай сухога трэння з’яўляецца наяўнасць трэння спакою.

Па фізіцы ўзаемадзеяння трэння слізгацення прынята падзяляць на:

• Сухое, калі ўзаемадзейнічаюць цвёрдыя цяла не падзеленыя ніякімі дадатковмі слаям / змазачнымі матэрыяламі — вельмі рэдка сустракаецца на практыцы выпадак. Характэрная адметная рыса сухога трэння — наяўнасць значнай сілы трэння спакою.
• Сухое з сухі змазкай (графітавым парашком)
• Вадкасныя, пры ўзаемадзеянні цел, падзеленых пластом вадкасці або газу (змазачных матэрыялу) рознай таўшчыні — як правіла, сустракаецца пры трэнні качэння, калі цвёрдыя цела пагружаны ў вадкасць;
• Змяшанае, калі вобласць кантакту змяшчае ўчасткі сухога і вадкаснага трэння;
• Межавае, калі ў галіне кантакту могуць утрымлівацца пласты і ўчасткі рознай прыроды (акісныя плёнкі, вадкасць і г.д.) — найбольш распаўсюджаны выпадак пры трэнні слізгацення.

Таксама можна класіфікаваць трэнне па яго вобласці. Сілы трэння, якія ўзнікаюць пры адносным перамяшчэнні розных тэл, называюцца сіламі вонкавага трэння. Сілы трэння ўзнікаюць і пры адносным перамяшчэнні частак аднаго і таго ж цела. Трэнне паміж пластамі аднаго і таго ж цела называецца унутраным трэннем.

Літаратура

• Bowden F. P., Tabor D. The Friction and Lubrication of Solids. Oxford University Press, 2001.
• Persson Bo N. J.: Sliding Friction. Physical Principles and Applications. Springer, 2002.
• Popov V. L. Kontaktmechanik und Reibung. Ein Lehr- und Anwendungsbuch von der Nanotribologie bis zur numerischen Simulation, Springer, 2009.
• Rabinowicz E. Friction and Wear of Materials. Wiley-Interscience, 1995