"Введение в естественно-научные предметы", Гуревич А.Е., Исаев Д.А., Понтак Л.С.
Трение — взаимодействие поверхностей, которые соприкасаются и мешают друг другу двигаться. Оно появляется не только при скольжении: трение покоя может удерживать предмет на месте, а трение качения возникает, когда тело катится. Благодаря трению мы ходим, держим вещи в руках и не скользим на дороге. Но трение может мешать перемещать тяжёлые предметы и изнашивать детали. Чтобы понять, как оно действует, нужно различать его виды и определять направление силы трения.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Трение — взаимодействие соприкасающихся поверхностей, которое препятствует их движению друг относительно друга или попытке начать движение. Оно помогает понять, почему одни предметы легко скользят, а другие трудно сдвинуть. Например, ящик сопротивляется, когда его тянут по полу.
Сила трения — сила, возникающая при соприкосновении тел и направленная вдоль поверхности соприкосновения против движения или его возможного начала. Слово «сила» здесь означает действие, которое может менять движение тела. Это определение помогает установить, куда направлено сопротивление.
Трение покоя — трение, которое не даёт соприкасающимся телам начать скользить друг относительно друга. Оно действует, когда предмет неподвижен, но его пытаются сдвинуть. Благодаря этому определению можно не путать покой тела с отсутствием трения.
Трение скольжения возникает, когда одно тело скользит по другому, а трение качения — когда тело катится по поверхности. Это два вида сопротивления движению. Различать их полезно, чтобы объяснить, почему груз на колёсах обычно перемещать легче, чем тащить по полу.
Поверхности кажутся гладкими, но при сильном увеличении на них видны маленькие неровности. Когда два тела прижаты друг к другу, эти неровности цепляются, поэтому поверхности не могут свободно перемещаться. Кроме того, частицы одного материала могут притягиваться к частицам другого и сцепляться. Неровности и сцепление вместе помогают понять, откуда берётся трение.
Если толкнуть неподвижную книгу, она не всегда сразу поедет по столу. В месте соприкосновения появляется трение покоя, направленное против попытки сдвинуть книгу. Пока толчок небольшой, это трение уравновешивает приложенную силу и удерживает книгу. Когда толчок становится достаточно сильным, книга начинает скользить, и трение покоя сменяется трением скольжения.
Во время скольжения поверхности всё время соприкасаются, и их неровности мешают движению. Поэтому сила трения скольжения направлена против движения тела относительно другой поверхности. Если прочие условия одинаковы, более шероховатые поверхности сильнее цепляются друг за друга, и скользить по ним труднее. Например, по ковру ящик обычно тащить сложнее, чем по гладкому полу.
При качении тело не скользит по поверхности всей своей стороной: оно поворачивается и соприкасается с ней по очереди разными участками. Поэтому сопротивление качению обычно меньше сопротивления скольжению. Так становится понятным, почему тяжёлый груз удобнее поставить на колёса или ролики, чем волочить по полу. Это не означает, что сопротивление при качении исчезает совсем.
На силу трения влияют материал и состояние поверхностей, а также то, насколько сильно тела прижаты друг к другу. Чем сильнее прижаты поверхности, тем труднее их неровностям перемещаться, поэтому сопротивление обычно возрастает. Смазка образует между поверхностями тонкий слой, который уменьшает их прямое сцепление и трение скольжения. Сглаживание поверхности тоже может уменьшить зацепление неровностей.
Таблица помогает сравнить три вида трения по тому, когда они возникают и как действуют. Сначала определи, стоит ли тело, скользит или катится, а затем выбери подходящую строку. В последнем столбце указаны способы изменить трение: например, сделать его меньше или сохранить хорошее сцепление.
| Вид трения | Когда возникает | Направление или действие | Пример | Как можно изменить |
|---|---|---|---|---|
| Трение покоя | Тело пытаются сдвинуть, но оно остаётся неподвижным. | Препятствует возможному скольжению и удерживает тело. | Книга не сдвигается от небольшого толчка. | Чтобы тело начало двигаться, увеличить приложенную силу; для лучшего удерживания нужна более цепкая поверхность. |
| Трение скольжения | Одно тело скользит по поверхности другого. | Направлено против скольжения. | Ящик движется по полу. | Уменьшить смазкой или сглаживанием поверхностей; шероховатость может увеличить сопротивление. |
| Трение качения | Тело катится по поверхности. | Сопротивляется качению, обычно слабее, чем трение скольжения. | Груз перевозят на колёсах или роликах. | Для облегчения перемещения заменить скольжение качением, например использовать колёса. |
К книге, лежащей на столе, приложили небольшую горизонтальную силу, но книга осталась неподвижной. Нужно определить вид трения и его направление. Не следует считать, что раз книга не движется, то взаимодействия нет. Проверим, какая сила мешает ей начать скользить.
Ответ: действует трение покоя, направленное против приложенной силы. Оно уравновешивает небольшой толчок, поэтому книга не начинает скользить.
Ящик равномерно тянут по полу вправо. Требуется указать направление силы трения и предложить способ уменьшить её. Здесь ящик движется относительно пола, значит, нужно рассматривать не трение покоя, а сопротивление скольжению. Слово «равномерно» не меняет направления трения: оно по-прежнему мешает движению.
Ответ: трение скольжения направлено влево. Уменьшить его можно смазкой или сглаживанием поверхностей, если такой способ подходит для ситуации.
Одинаковый груз перемещают по одному участку пола сначала скольжением, а затем на роликах. Нужно сравнить виды трения и объяснить, почему во втором случае легче. Сравнение справедливо, потому что груз и участок пола остаются теми же, меняется способ перемещения. Поэтому можно применить правило о сопротивлении скольжению и качению.
Ответ: сначала действует трение скольжения, затем — трение качения. На роликах груз перемещать легче, потому что сопротивление качению обычно меньше.
Ошибка — считать, что трение всегда направлено против приложенной силы. Направление определяют не по толчку самому по себе, а по движению или возможному скольжению поверхностей. Так ошибаются, потому что смешивают причину попытки с тем, чему сопротивляется трение. Проверь себя: укажи, куда тело движется или куда оно могло бы сдвинуться, и направь трение в обратную сторону.
Ошибка — думать, что трение бывает только у движущихся тел. Трение покоя действует и тогда, когда предмет неподвижен, если его пытаются сдвинуть. Такое заблуждение возникает из-за того, что слово «трение» часто связывают со скольжением. Чтобы проверить себя, спроси: есть ли попытка начать движение и соприкасаются ли поверхности?
Ошибка — путать трение покоя с отсутствием трения. Если неподвижную книгу толкают, а она не едет, именно трение покоя удерживает её на месте. Его действие не всегда заметно, поэтому кажется, будто силы нет. Проверь рассуждение: если убрать соприкосновение или уменьшить сцепление, сможет ли предмет легче сдвинуться?
Ошибка — утверждать, что трение всегда вредно. Оно действительно мешает тащить груз и может изнашивать детали, но без него трудно ходить, держать вещи и удерживать колёса на дороге. Ошибка появляется, если замечать только сопротивление движению. Проверь себя: назови пример, где трение нужно для сцепления, и пример, где его выгодно уменьшить.
Для понимания трения нужно знать, что сила может изменять движение тела, и уметь различать покой и движение. Если сила приложена, тело не обязательно сразу начинает двигаться: ей может противостоять трение покоя. Наблюдая за телом, сначала выясни, движется ли оно относительно поверхности, а затем определяй вид трения.
Знание о трении пригодится при изучении движения тел и равновесия: оно помогает объяснить, почему предметы остаются на месте или замедляются. В механизмах трение может мешать работе и вызывать износ деталей. Поэтому люди ищут способы уменьшить его, например применяют смазку или колёса.
Почему возникает трение, если поверхности кажутся гладкими?
Даже гладкие на вид поверхности имеют маленькие неровности. Когда они соприкасаются, неровности цепляются друг за друга, а частицы поверхностей притягиваются. Поэтому движению возникает сопротивление.
Может ли трение действовать на неподвижное тело?
Да. Если тело пытаются сдвинуть, но оно остаётся на месте, действует трение покоя. Оно удерживает тело, пока приложенная сила не станет достаточно большой для начала скольжения.
Куда направлена сила трения?
Сила трения направлена вдоль соприкасающихся поверхностей и препятствует движению или его началу. При скольжении она направлена против движения тела относительно поверхности. Если тело ещё покоится, трение направлено против возможного скольжения.
Почему на льду легче поскользнуться?
Между обувью и льдом сцепление слабее, чем между обувью и шероховатой дорожкой. Поэтому стопе труднее удержаться на месте, и она может начать скользить. Нужно идти осторожно и делать шаги поменьше.
Всегда ли трение мешает движению?
Нет. Трение помогает ногам отталкиваться от земли, колёсам сцепляться с дорогой, а рукам удерживать предметы. Оно мешает, когда нужно переместить груз или уменьшить износ деталей.
Трение
