Действие силы трения: от полезного действия до возникающих проблем и способах их решения

Трение — это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого и направленная вдоль поверхности касания противоположно движению.

Трение возникает там, где мы о нем даже не подозреваем. Причиной возникновения трения служат неровности соприкасающихся поверхностей. Из-за трения кинетическая энергия тел превращается в теплоту. В рамках школьной программы трение изучают в 7 классе. Данный материал послужи отличным дополнением для внеклассного

  • От полезного действия трения до источника износа
  • Трение покоя
  • Добывание огня с помощью трения
  • Скольжение и качение
  • Подшипники и их применение для снижения трения
  • Смазка для снижения трения
  • Действие трения в тормозах

Действие силы трения

От полезного действия трения до источника износа

Когда космический аппарат входит в земную атмосферу со скоростью 25000 км/ч, трение поднимает температуру до 1500 0С. Трение доставляет массу проблем: изнашиваются детали машин, протирается обувь, приходится прилагать большие усилия, чтобы совершить работу. Однако трудно даже представить себе, что случилось бы, если бы трение внезапно исчезало.

При отсутствии трения мы не могли бы передвигаться, а скользили бы как по льду, ни одной вещи нельзя было бы удержать в руках, никакой звук не умолкал бы, а звучал бы бесконечным эхом, отражаясь от ближайших припятствий.

Трение покоя

Трудно сдвинуть стоящий на полу тяжелый ящик — мешает трение. Если прикладывать к ящику все большую силу, то наконец наступает момент, когда ящик начнет перемещаться.

Сила, которую прикладывали как раз перед тем, как ящик сдвинулся, представляет собой предельную силу трения покоя. Она зависит от веса ящика с содержимым.

Если вес удвоится, то удвоится и сила трения покоя. Сила трения покоя также зависит от материалов соприкасающихся поверхностей, в данном случая дна ящика и пола.

Под микроскопом даже на полированной металлической поверхности видны неровности. При касании 2 поверхностей неровности сцепляются и при движении в разные стороны вызывают трение.

Отполированная поверхность стекла под микроскопом
Макрофото отполированной поверхности стекла под микроскопом

Отполированная поверхность нервавеюшего металла под микроскопом
А вот так выглядит отполированная поверхность нержавеющего металла под микроскопом

Добывание огня с помощью трения

С помощью трения можно добыть огонь. Самое простое устройство для этого состоит из двух палочек. Конец одной палочки помещают в углубление другой и начинают быстро вращать первую. За счет трения в месте контакта можно добиться температуры 300 0С., при которой дерево начинает тлеть.

При зажигании спичек тоже используется трение. Когда головкой спичек чиркают по поверхности коробка, из-за трения температура поднимается. Выделяющаяся теплота приводит к химической реакции между веществами спичечной головки и коричневой полоски на коробки. При достижении определенной температуры головка воспламеняется, после чего огонь распространяется по и на саму спичку.

Скольжение и качение

Трение становится главной проблемой при транспортировке грузов. Первобытные люди передвигали тяжести с помощью волокуш. Волокуша скользила по земле, но сила трения оставалось значительной.

Позже люди обнаружили, что крупные грузы, например каменные глыбы, легче передвигать на круглых катках роликах. Ролики катились и трение уменьшалось, поскольку груз больше не скользил по земле. С изобретением колеса, посаженного на ось, стало ясно, что сила трения во много раз меньше силы скольжения.

Колесо в древней Индии

Тяжелые посылки двигаются под действием силы тяжести по этому слегка наклоненному роликовому конвейеру. Каждый ролик закреплен в подшипниках и вращается с малым трением, когда груз катиться по нему.

Движение посылок по конвееру

Трение между металлическими полозьями саней для бобслея и льдом очень маленькое, поскольку из-за давления металла лед в месте соприкосновения тает и образуется слой воды, играющией роль смазки.

Сила трения в бобслее

Трение может быть полезным и вредным. Когда трение полезно, его увеличивают, когда вредно — уменьшают. Для этого используют смазку, шлифовку, подшипники.

Подшипники и их применение для снижения трения

Подшипники, это устройства, которые служат в качестве опор для движущихся частей и позволяют уменьшить трение. Подшипники применяются в машинах и механизмах, в том числе автомобилях и велосипедах, в электродвигателях и роликовых коньках.

Подшипники для уменьшения трения

Подшипники одного типа позволяют валу вращаться в неподвижном корпусе, другие подшипники позволяют вращаться деталям на неподвижном валу. Если бы не было подшипников, то трение тормозило бы движение, приводило бы к большим тепловым потерям и вызывало повышенный износ соприкасающихся поверхностей.


Учебный видеофильм времен СССР о подшипниках скольжения и качения

Обычный подшипник качения состоит из внутреннего и внешнего металлических колец. Кольца разделены рядом шариков (шариковые подшипники) либо рядом цилиндрических или конических роликов (роликовые подшипники), перекатывающихся по канавкам и кольцам. Высококачественные подшипники работают так мягко, что потери на трение составляют менее 1% энергии, потребляемой механикой.

Смазка для снижения трения

Смазка — это вязкая жидкость, которая делает соприкасающиеся поверхности более гладкими и благодаря этому уменьшают трение. В механизмах в качестве смазки обычно используют нефтяные масла. В двигателях внутреннего сгорания смазка подается под давлением специальным насосом в подшипники двигателя и к поршням, движущихся в цилиндрах.

Инфографика про роль смазки для снижения трения

Слой смазки создает зазор между металлическими поверхностями. Они перемещаются друг относительно друга, не соприкасаясь. Трение уменьшается, и при движении тепловые потери значительно меньше.

В подшипниках высокоскоростных механизмов в качестве смазки используется сжатый воздух, в некоторых случаях — твердая графитовая смазка.

Действие трения в тормозах

Для того чтобы уменьшить трение и двигаться с минимальной затратой усилий, в транспортных средствах применяют подшипники. Но иногда необходимо резко снизить скорость, для чего на колесах устанавливают тормоза, развивающие большую силу трения. При работе тормозная колодка из теплостойкого материала, прижимается к стальному барабану или диску на колесе. Трение между тормозами вращающимся колесом преобразует кинетическую энергию в теплоту, и скорость транспортного средства падает. Теплота быстро рассеивается в окружающем воздухе.

Велосипедные тормозные колодки обычно состоят из 2 двух накладок из специального фрикционного полимера или просто резины, укрепленных на концах рычагов. Рычаги в свою очередь шарнирно присоединены к раме велосипеда. Если потянуть за тросик, рычаги поворачиваются на шарнире, и тормозные колодки с силой прижмутся к ободу колеса. Когда тормоза отпущены, тормозные колодки не касаются обода. Когда нажимают на тормоз, колодки с обоих сторон прижимаются к ободу. Трение между колодками и ободом замедляет скорость и преобразует кинетическую энергию энергию велосипеда в теплоту.

(7 votes, average: 4,86 out of 5)
Загрузка...


  • Антонина Бугай

    Все очень относительно! Казалось, идеальная поверхность для человеческого глаза становится просто безобразно неровной под микроскопом!