Трение

Трение. Трение  твердых тел. Когда два тела А и В (рис. 1) соприкасаются, то обыкновенно в месте их соприкосновения наблюдается сила Q, составляющая угол с плоскостью ТТ, касательной к обеим поверхностям. Пусть эта сила разложена на две силы: одну F, вдоль касательной плоскости ТТ, другую N — перпендикулярную к TT. Сила N есть давление одного тела на другое. Сила F называется силой (скользящего) трения, или просто трения; она сопротивляется скольжению одного тела по поверхности другого. Если тела А и В находятся в равновесии, то, значит, трение имеет как раз такую величину, что уравновешивает силу, стремящуюся вызвать упомянутое скольжение (пример: равновесие тела на наклонной плоскости под действием тяжести и силы трение). Опыт показывает, что величина трение не может превзойти некоторого максимума; если одно из трущихся тел скользит по другому, то можно считать, что такой максимум достигнут. Максимальная величина трения между данной парой тел зависит от величины силы N, придавливающей тела друг к другу; опыты показывают, что F_m и N приблизительно пропорциональны, т. е. F_m = fN, где постоянное число f называется коэффициентом трения. Величина f зависит от материала трущихся тел, но почти не зависит ни от скорости скольжения, ни от величины поверхности соприкосновения (пока эта поверхность не настолько мала, что тела начинают «заедать», т. е. вдавливаться и разрушать друг друга). Трение  сильно уменьшается, если между трущимися телами ввести слой смазочного вещества: масла, мыльной воды, сала, дегтя и т. п. (см. XXXIX, 569/70 сл.). В следующей табличке приведены примерные значения коэффициента трения для разных пар тел:

Дуб по дубу, вдоль волокон – 0,18

Поперек волокон – 0,34

Чугун по дубу вдоль волокон – 0,49

При слабой смазке – 0,19

Бронза по бронзе – 0,20

Чугун по чугуну при слабой смазке 0,15

Рис. 1

Возникновение скользящего трения объясняется двумя причинами: во-первых, соприкасающиеся поверхности, будучи более или менее шероховатыми, зацепляют друг друга своими неровностями и как бы удерживают друг друга с некоторой силой; во-вторых, в том же смысле действует прилипание тел друг к другу. Работа, затрачиваемая на преодоление силы трения, превращается в теплоту (см. XLI, ч. 7, 500/01).

Другой вид трения обнаруживается в случаях, когда одно тело катится по поверхности другого тела. Это т. н. «катящееся» трение возникает вследствие деформации, сопровождающей качение: если, например, цилиндр катится по плоскости, то он несколько вдавливается в плоскость; работа происходящей при этом деформации равна работе, затрачиваемой на преодоление катящегося трения; катящееся трение бывает вообще весьма мало, если применяются твердые и гладкие материалы. Поэтому самое действительное средство уменьшить потерю работы на трение заключается в том, чтобы всюду, где можно, устранять скольжение, заменяя его качением. На этом основано, например, применение колес в транспортном деле. По той же причине в современном машиностроении широко применяются «шариковые» подшипники: между валом (см.) и корпусом подшипника оставляют кольцеобразное пространство, которое заполняют очень твердыми и гладкими стальными шариками; при вращении вала, катящиеся шарики последовательно проходят под ним (см. трансмиссии, 108/09).

Рис. 2

Трение  веревок и ремней. Представим себе цилиндр (рис. 2), через который переброшена натянутая веревка; а пусть будет (выраженная в радиусах) дуга, образуемая веревкой на цилиндре, Эйлер доказан, что скольжение веревки по цилиндру наступит не раньше, чем отношение сил, натягивающих оба конца веревки, сделается равным e^fα,  где е=2,718… есть основание натуральных логарифмов, f —коэффициент трения между веревкой и цилиндром. С увеличением дуги обхвата α (которая может быть равной нескольким окружностям), функции e^fα весьма быстро увеличивается; на этом основан, например, способ остановки парохода у пристани: бросаемый с парохода канат обертывают около тумбы несколько раз; тогда за свободный конец достаточно тянуть одному человеку. Данное Эйлером выражение применяется, между прочим, при расчете ременных передач, действие которых основано на трение между ремнем и поверхностью шкива (см. трансмиссии, III сл.), трение газов и жидкостей см. вязкость, XII, 210 сл., и жидкости XX, 291/92). Трение  твердых тел, при достаточной смазке, подчиняется совершенно иным законам, чем трение несмазанных тел; это впервые было показано профессор Н. Петровым в 80-х гг. прошлого века. Наиболее важную роль играет здесь внутреннее трение в самом смазывающем слое. Исходя из уравнений гидродинамики жидкостей, обладающих вязкостью, Петров показал, что сила трения хорошо смазанных машинных частей пропорциональна скорости их относительного движения, пропорциональна поверхности их соприкосновения, пропорциональна корню квадратному из силы, сдавливающей их, и обратно пропорциональна толщине смазывающего слоя. См. смазка и смазочные материалы.

А. Бачинский.