Если горизонтальная составляющая силы F (рис. 2.2) превысит максимальное значение силы трения покоя, то тело начнет движение. При движении (в данном случае скольжении) сила трения не исчезает, но приобретает несколько иной характер. Во-первых, величина силы трения скольжения (чаще ее называют просто силой трения) обычно чуть меньше максимальной силы трения покоя, однако на практике этим различием пренебрегают и считают, что соотношение
Fтp = μN
выполняется и при движении. Во-вторых, направление силы трения скольжения противоположно направлению вектора скорости относительного движения, т.е. при изменении направления движения изменяется направление и силы трения.
Сила трения возникает вследствие зацепления всевозможных микроскопических неровностей поверхностей соприкасающихся тел, деформации этих неровностей и межмолекулярного притяжения в тех местах, где расстояние между частицами этих тел оказывается очень малым.
Отметим также, что силы трения покоя и скольжения практически не зависят от площади поверхности соприкосновения трущихся тел.
Коэффициент трения μ зависит от материала и качества обработки поверхности обоих тел, как движущегося, так и того, по поверхности которого происходит движение, а также от наличия смазки между этими поверхностями.
Между опорой и катящимся по ней телом возникает трение качения. Сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения, а коэффициент трения качения зависит от радиуса катящегося тела и упругих свойств этого тела и опоры.
Когда тело движется в жидкости или газе, то на границе соприкосновения также возникает сила, направленная против скорости движения и напоминающая обычную силу трения движения. Эту силу так часто и называют — сила жидкого (или вязкого) трения (иногда ее также называют силой сопротивления). Однако сила жидкого трения намного меньше силы сухого трения и имеет свои особенности: ее величина существенным образом зависит от формы тела и его скорости: при малых скоростях эта сила пропорциональна скорости, а при больших — пропорциональна квадрату скорости тела.
«Спор, который длился 100 лет»
Шел 1500-й год. Великий итальянский художник, скульптор и ученый Леонардо да Винчи проводил странные опыты, чем удивлял своих учеников: он таскал по полу то плотно свитую веревку, то ту же веревку во всю длину. Его интересовал ответ на вопрос: зависит ли сила трения скольжения от величины площади соприкасающихся в движении тел? Механики того времени были глубоко убеждены, что чем больше площадь касания, тем больше сила трения. Они рассуждали примерно так: чем больше таких точек, тем больше сила трения. Совершенно очевидно, что на большей поверхности будет больше таких точек касания, поэтому сила трения должна зависеть от площади трущихся тел.
Леонардо да Винчи усомнился и стал проводить опыты. И получил потрясающий вывод: сила трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся тел. Попутно Леонардо да Винчи исследовал зависимость силы трения от материала, из которого изготовлены тела, от величины нагрузки на эти тела, от скорости скольжения и от степени гладкости или шероховатости их поверхностей. Он получил следующие результаты:
1) от площади не зависит; 2) от материала не зависит; 3) от величины нагрузки зависит (пропорциональна ей); 4) от скорости скольжения не зависит; 5) зависит от шероховатости поверхностей.
1699-й год. Французский ученый Амонтон в результате своих опытов так ответил на те же пять вопросов: на первые три — так же, как Леонардо да Винчи, на четверый — зависит, на пятый — не зависит. Получалось, что и Амонтон подтвердил столь неожиданный вывод Леонардо да Винчи о независимости силы трения от площади соприкасающихся тел. Но в то же время он не согласился с Леонардо да Винчи в том, что сила трения не зависит от скорости скольжения; он считал, что сила трения скольжения зависит от скорости, а с тем, что сила трения зависит от шероховатостей поверхностей, не соглашался.
В течение XVIII и XIX вв. насчитывалось до 30 исследований на эту тему. Их авторы соглашались только в одном: сила трения пропорциональна силе нормального давления, действующей на соприкасающиеся тела. А по остальным вопросам согласия не было. Продолжал вызывать недоумение даже у самых видных ученых экспериментальный факт: сила трения не зависит от площади трущихся тел.
1748-й год. Действительный член Российской Академии наук Леонард Эйлер опубликовал свои ответы на пять вопросов о трении. На первые три — такие же, как и у Леонардо да Винчи и у Амонтона, но в четвертом он согласился с Амонтоном, а в пятом— с Леонардо да Винчи.
1779-й год. В связи с внедрением машин и механизмов в производство назрела острая необходимость в более глубоком изучении законов трения. Выдающийся французский физик Кулон занялся решением задачи о трении и посвятил этому два года. Он ставил опыты на судостроительной верфи в одном из портов Франции. Там он нашел те практические производственные условия, в которых сила трения играла очень важную роль. Кулон на все вопросы ответил - да. Общая сила трения в какой-то малой степени все же зависит от размеров поверхности трущихся тел, прямо пропорциональна силе нормального давления, зависит от материала соприкасающихся тел, зависит и от скорости скольжения, и от степени гладкости трущихся поверхностей. В дальнейшем ученых стал интересовать вопрос влияния смазки и были выделены виды трения: жидкостное, чистое, сухое и граничное.
Источник. Занимательные вечера по физике в средней школе. Юфанова И.Л. -М.: Просвещение, 1990. c.72.