"Физика", Перышкин А.В.
Трение покоя возникает между соприкасающимися поверхностями и не даёт им начать скользить друг относительно друга. Благодаря этой силе книга может оставаться на наклонной доске, а человек — идти, не проскальзывая. Трение покоя направлено против возможного скольжения и меняется вслед за приложенной силой. Но оно не может расти бесконечно: когда достигнут его максимум, тело начинает скользить.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Трение покоя — взаимодействие соприкасающихся поверхностей, препятствующее возникновению скольжения. Проще говоря, поверхности сопротивляются попытке одной из них сдвинуться относительно другой. Это понятие помогает объяснить, почему предмет может оставаться на месте, даже если на него действует сила.
Сила трения покоя — сила, возникающая при попытке сдвинуть тело и направленная против возможного скольжения. Она действует вдоль соприкасающихся поверхностей и может уравновешивать силу, которая пытается сдвинуть тело. Зная её направление и величину, можно понять, останется ли тело неподвижным.
Максимальная сила трения покоя — наибольшее значение силы трения покоя; если приложенная сила его превысит, тело начнёт скользить. Пока предел не достигнут, трение может быть меньше максимального значения. Это различие нужно учитывать, чтобы не считать силу трения одной и той же во всех ситуациях.
Поверхности даже гладких на вид предметов не идеально ровные: на них есть небольшие неровности. При соприкосновении эти неровности цепляются друг за друга, а сами поверхности взаимодействуют. Поэтому попытка сдвинуть одно тело относительно другого встречает сопротивление — возникает трение покоя.
Чтобы установить направление этой силы, представьте, куда поверхности начали бы скользить, если бы трения не было. Сила трения покоя направлена противоположно этому возможному скольжению. Она может быть направлена туда же, куда движется тело в целом: например, при ходьбе трение помогает ноге оттолкнуть землю, а не просто тормозит движение человека.
Если к неподвижному телу приложить небольшую силу, трение покоя уравновесит её и не даст телу сдвинуться. Увеличение приложенной силы вызывает увеличение силы трения покоя, пока тело остаётся в покое. Это происходит потому, что поверхности создают сопротивление, достаточное для уравновешивания воздействия, но только в пределах своих возможностей.
Это можно проверить на опыте: положить брусок на стол и постепенно увеличивать горизонтальную силу, тянущую его. Сначала брусок остаётся неподвижным, потому что сила трения покоя уравновешивает тягу. Когда тяга достигает предельного значения, трение покоя уже не может удержать брусок, и тот начинает скользить.
Предельная сила зависит от того, насколько сильно поверхности прижаты друг к другу: при более сильном прижатии их неровности взаимодействуют сильнее. Имеют значение и свойства материалов, например то, насколько поверхности шероховатые. Поэтому для разных материалов и при разной силе прижатия максимальная сила трения покоя будет разной.
В таблице собраны признаки, по которым можно описать трение покоя. Сравнивайте приложенную силу с тем, как она стремится сдвинуть тело, и проверяйте, остаётся ли тело неподвижным. Так можно отличить обычное значение силы трения от её максимального значения.
| Характеристика | Описание |
|---|---|
| Когда возникает | Когда приложенная сила пытается вызвать скольжение соприкасающихся поверхностей, но скольжения ещё нет. |
| Направление | Против возможного скольжения поверхностей друг относительно друга. |
| Как изменяется при увеличении приложенной силы | Увеличивается вместе с приложенной силой, пока тело остаётся в покое. |
| Максимальное значение | Наибольшее значение, которое трение покоя может принять перед началом скольжения. |
| От чего зависит максимальное значение | От силы прижатия поверхностей и свойств соприкасающихся материалов. |
Задача 1. Книга лежит на наклонной доске и не скользит. Назовите силу, удерживающую книгу, и укажите её направление. Здесь нужно определить не направление движения книги сейчас, а направление, в котором она стала бы скользить без трения.
Ответ: книгу удерживает сила трения покоя, направленная вверх вдоль наклонной доски.
Задача 2. К бруску на горизонтальном столе прикладывают горизонтальную силу 3 Н, но брусок остаётся неподвижным. Нужно найти силу трения покоя. Поскольку брусок не движется, силы вдоль стола уравновешивают друг друга.
Ответ: 3 Н, против приложенной силы.
Задача 3. Брусок тянут по горизонтальной поверхности, постепенно увеличивая силу. Он сдвигается при силе 8 Н. Определите максимальную силу трения покоя и объясните, что произойдёт при приложенной силе 9 Н. Начало скольжения показывает, что удерживающее трение достигло своего предела.
Ответ: максимальная сила трения покоя равна 8 Н; при приложенной силе 9 Н брусок начнёт скользить.
Неверно считать, что сила трения покоя всегда равна своему максимальному значению. Так думают, потому что запоминают предельную силу, но забывают о её изменении при покое. Проверьте себя: если тело неподвижно и его тянут с небольшой силой, трение уравновешивает именно эту силу, а не обязательно достигает максимума.
Неверно полагать, что трение покоя всегда направлено против движения тела. Ошибка возникает, если не различать движение тела целиком и возможное скольжение поверхностей друг относительно друга. Чтобы проверить направление, представьте, куда тело стало бы смещаться относительно опоры без трения; сила направлена противоположно этому смещению.
Неподвижность предмета не означает отсутствия трения покоя. Иногда это ошибочно принимают за отсутствие взаимодействия, поскольку тело не меняет положения. Проверьте, пытается ли другая сила сдвинуть предмет: если да, трение может удерживать его, как книгу на наклонной доске.
Трение покоя нельзя путать с трением скольжения. Их смешивают, потому что обе силы возникают между соприкасающимися поверхностями и мешают относительному движению. Проверьте, началось ли скольжение: до него действует трение покоя, а при уже происходящем скольжении — трение скольжения.
Для рассуждений о трении нужны понятия силы и равнодействующей сил. Если тело покоится, силы должны уравновешивать друг друга, поэтому можно определить силу трения по другим силам, действующим вдоль поверхности. Эта идея помогает объяснить, почему человек может ходить без скольжения и почему колёса сцепляются с дорогой.
Трение покоя важно отличать от трения скольжения: первое не допускает начала скольжения, а второе действует, когда скольжение уже происходит. Сравнение этих видов трения пригодится при изучении движения тел и причин, которые его затрудняют.
Почему неподвижный предмет может испытывать силу трения?
Трение покоя появляется, когда поверхности соприкасаются и одна сила пытается сдвинуть их друг относительно друга. Оно не обязательно приводит к движению: напротив, может удерживать предмет на месте.
Всегда ли сила трения покоя равна приложенной силе?
Если тело остаётся в покое и приложенная сила стремится сдвинуть его, сила трения покоя уравновешивает её по модулю. Она изменяется вместе с приложенной силой, но не может превысить своего максимального значения.
Куда направлена сила трения покоя?
Она направлена против возможного скольжения соприкасающихся поверхностей. Поэтому направление определяют не просто по движению тела, а по тому, куда оно начало бы скользить без трения.
Что происходит, когда приложенная сила становится больше максимальной силы трения покоя?
Трение покоя уже не может уравновесить приложенную силу, и начинается скольжение. После этого действует трение скольжения, которое относится к другому виду трения.
От чего зависит максимальная сила трения покоя?
Она зависит от силы, с которой поверхности прижаты друг к другу, и от свойств соприкасающихся материалов. При более сильном прижатии предельная сила обычно больше.
§33 Трение покоя
