Теоретичний матеріал

Сила тертя

З явищем тертя ми зустрічаємось повсякчас. Наприклад, ми говоримо перед походом: ”Не натріть ноги”, у школі: ”Зітріть з дошки запис”.

Сила тертя

Сила тертя є проявом електромагнітної взаємодії між тілами.

Сила тертя — сила, яка виникає під час руху одного тіла по поверхні іншого і спрямована вздовж поверхні дотику взаємодіючих тіл проти відносної швидкості їхнього руху.

Сила тертя залежить від:

• швидкості руху тіл відносно одне одного;
• речовини, з якої складаються тіла, що взаємодіють;
• стану поверхонь тіл (взаємодія твердих тіл);
• розмірів і форми тіла (рух твердого тіла в рідині або газі);
• ваги тіла.

Розрізняють такі сили тертя:

1) Сила тертя спокою — виникає при спробі викликати рух тіла. Максимальна сила тертя спокою пропорційна силі реакції опори. Коефіцієнт пропорційності визначається матеріалом дотичних поверхонь і якістю їх обробки. Цей коефіцієнт позначається літерою μ і називається коефіцієнтом тертя. Це безрозмірна величина. Для того щоб знайти силу тертя, треба силу реакції опори помножити на коефіцієнт тертя.

2) Сила тертя ковзання — виникає при ковзанні одного тіла по поверхні іншого. Сила тертя ковзання не залежить від площі дотичних поверхонь.

3) Сила тертя кочення — виникає, коли одне тіло котиться по поверхні іншого.

4) Сила в’язкого тертя — виникає під час руху тіла в рідині або газі.

Дія сили тертя приводить до зменшення абсолютного значення швидкості тіла. Тертя — явище, яке супроводжує нас завжди і всюди. В одних випадках воно корисне, і його намагаються збільшити. В інших — шкідливе, і його намагаються зменшити.

Тертям називають опір стичних тіл їх руху одне відносно одного. Тертям супроводиться кожний механічний рух, і ця обставина має відповідні наслідки в сучасному технічному прогресі. Тіла, що переміщуються з тертям одне відносно одного, можуть доторкатися своїми поверхнями або рухатися одне в середовищі іншого. Рухи тіл одне відносно одного можуть і не виникнути через наявність тертя, якщо рушійна сила менша від сили тертя. Сила тертя - це сила опору рухові двох тіл, що стикаються. Тертя пояснюється двома причинами: нерівностями тертьових поверхонь тіл та молекулярною взаємодією між ними. Якщо вийти за межі механіки, то слід сказати, що сили тертя мають електромагнітне походження, так само, як і сили пружності. Відомо кілька видів тертя, серед них - тертя спокою, тертя ковзання, тертя кочення, опір середовища.
Кожна з двох зазначених причин тертя в різних випадках проявляє себе по-різному. Так, стичні поверхні твердих тіл мають значні нерівності, то основна складова сили тертя буде зумовлена саме цією обставиною, тобто шорсткістю тертьових поверхонь. Коли ж стичні поверхні двох тіл добре відшліфовані й гладенькі, то основною складовою сили тертя будуть сили зчеплення між молекулами цих поверхонь тіл.
У житті людини, в природі, побуті, в техніці тертя відіграє і позитивно, і негативну роль. Часто тертя є корисним, внаслідок чого воно широко використовується в техніці і побуті. Так, саме завдяки тертю підошви взуття об підлогу будинків, об дорогу чи землю ми ходимо. Тертя рухових коліс різних видів транспорту об опору, землю, дорогу, рейки спричинює разом із силою тяги рух автомобілів, трамваїв, тролейбусів, поїздів, самохідних сільськогосподарських машин тощо.
Ми настільки зжилися з тертям, що світ без нього здавався б нам просто фантастичним.

Тертя між поверхнями двох твердих тіл, які доторкаються, за відсутності між ними рідкого чи газоподібного шару називають сухим тертям. Тертя між поверхнею твердого тіла і оточуючим його шаром рідини чи газу, в яких це тіло рухається, називають рідким чи в'язким тертям.

Сухе тертя поділяється на: тертя спокою (тертя за відсутності відносного переміщення контактуючих тіл) та тертя ковзання (тертя, що виникає під час відносного руху контактуючих тіл).

Силу тертя F, яка перешкоджає виникненню руху одного тіла відносно поверхні іншого, називають силою тертя спокою. В умовах спокою тіла сила тертя може мати будь-яке значення.

Сила тертя спокою завжди напрямлена протилежно діючій на тіло зовнішній силі, що намагається привести це тіло в рух. До певного моменту сила тертя спокою збільшується із зростанням зовнішньої сили, зрівноважуючи її. Тертя продовжує служити техніці

З багатьох напрямів використання сил тертя в техніці нагадаємо ще про такі три: передавання рухів за допомогою тертя, обробка матеріалів за допомогою тертя і використання тертя в механічних конструкціях та знаряддя праці.

Із шкільного курсу фізики відомі такі види передач, як зубчаста і фрикційна. До останнього виду передач належить і пасова, бо вона, як і фрикційна, працює за допомогою тертя.

Тертя широко використовується для обробки різних матеріалів у таких технологічних процесах, як прокат металів, вальцювання, волочіння. У зв’язку з тим, що тертя завжди супроводиться затратами енергії на його подолання, в тертьових деталях виділяється багато теплоти. На цьому ґрунтується зварювання тертям різних металів.

Тертьові поверхні спрацьовуються. Це явище широко використовується в процесах заточування інструментів, шліфування й полірування поверхонь металів, скла, алмазів, дерева та інших матеріалів.

Тертя відіграє дуже важливу, хоч і малопомітну роль у побуті й техніці. Завдяки тертю між нитками не розповзаються тканини, утримуються на рукоятках молотки, сокири, лопати та інші інструменти; міцно скріплюються різні матеріали, деталі інструментів, різноманітних пристроїв і споруд. Болтами з гайками, гвіздками, шурупами, клинами скріплюють частини конструкцій, використовуючи сили тертя.

       Тертя - ворог техніки.

 Досі ми розглядали те корисне, що дає нам тертя. Тепер розглянемо, чим тертя шкідливе, як у сучасній техніці зменшують вплив сил тертя.

Як уже зазначалося, внаслідок тертя:

А) спрацьовуються тертьові поверхні різних деталей машин і споруд;

Б) затрачається енергія на подолання сил тертя, внаслідок чого зменшується ККД машин, верстатів та іншого технічного устаткування.

Наведемо приклади. Вага вантажного автомобіля КамАЗ-5320, який щойно вийшов з воріт заводу, 6.8 кН. Цей автомобіль має багато тертьових деталей, в тому числі 70 підшипників кочення, 35 шестерень, десятки різних втулок тощо. Якщо через деякий час внаслідок спрацювання від тертя робочих деталей автомобіль втратив у масі лише 1 кг, то навіть після ремонту він буде непридатним для експлуатації.

Щороку тертя автомобільних шин об дорогу знищує половину світового виробництва каучуку.

У сучасній техніці шкідливу дію тертя у виробничих процесах зменшують так:

А) вкривають тертьові поверхні металів з низьким коефіцієнтом тертя ковзання;

Б) відшліфовують тертьові поверхні до дзеркального блиску;

В) тертя ковзання в усіх можливих випадках замінюють тертям кочення;

Г) змащують тертьові деталі.

Сукупність перелічених заходів дає істотний результат.

Висновок: корисне тертя допомагає нам жити. Ми поліруємо, шліфуємо, ходимо, машини їздять по дорогам. Одяг тримається своєї форми, завдяки тертю між нитками. З іншої сторони тертя є шкідливим. На подолання сил тертя затрачається значна кількість енергії, а також спрацьовуються тертьові поверхні. Основне завдання для вчених всього світу є розробка нових матеріалів, які зменшують дію шкідливих сил тертя.