Кратко
Трение — сила, которая возникает при взаимодействии поверхностей и мешает относительному движению или его началу.
| Вид трения | Когда возникает | Направление | Формула |
|---|---|---|---|
| Покоя | тело не скользит, но есть попытка сдвинуть его | против возможного проскальзывания | \(0 \le F_{\mathrm{пок}} \le \mu_{\mathrm{пок}}N\); при равновесии \(F_{\mathrm{пок}}=F_{\mathrm{внеш}}\) |
| Скольжения | одно тело скользит по другому | против скорости относительного скольжения | \(F_{\mathrm{ск}}=\mu_{\mathrm{ск}}N\) |
| Качения | тело катится по поверхности | против движения, это сопротивление качению | \(F_{\mathrm{кач}}=\mu_{\mathrm{кач}}N\) |
Здесь \(N\) — сила нормальной реакции опоры. На горизонтальной поверхности \(N=mg\), на наклонной \(N=mg\cos\alpha\).
Что стоит дописать в конспект
- Трение покоя — сила «подстраивается» под внешнюю силу. Пока тело не сдвинулось, \(F_{\mathrm{пок}}\) равна толкающей силе, но не больше \(\mu_{\mathrm{пок}}N\). Пример: шкаф толкают, а он стоит. Важно: трение покоя может быть и движущей силой — например, при ходьбе или у ведущего колеса автомобиля.
- Трение скольжения — есть проскальзывание. Сила примерно постоянна, направлена против относительной скорости. В школьной модели \(\mu_{\mathrm{ск}}\) зависит от материалов и обработки поверхностей, но не от площади соприкосновения. Пример: сани, брусок, тормозной путь.
- Трение качения — колесо или каток катится, поверхности мало деформируются, поэтому сопротивление обычно значительно меньше, чем при скольжении: \(\mu_{\mathrm{кач}}\ll\mu_{\mathrm{ск}}\). Поэтому используют колёса и подшипники.
- Причины трения — шероховатость поверхностей и молекулярное притяжение. Уменьшают трение смазкой, полировкой и заменой скольжения качением.
Проверка на примере
Пусть \(m=2\) кг, \(g=10\) Н/кг, тогда \(N=20\) Н. Если для простоты \(\mu_{\mathrm{пок}}=\mu_{\mathrm{ск}}=0{,}3\), то максимальное трение покоя и сила скольжения равны: \[ F=0{,}3\cdot20=6\ \text{Н}. \] Толкаем с \(4\) Н — тело стоит, \(F_{\mathrm{пок}}=4\) Н. Толкаем с \(7\) Н — тело сдвигается, при скольжении действует около \(6\) Н. Если \(\mu_{\mathrm{кач}}=0{,}02\), то \(F_{\mathrm{кач}}=0{,}4\) Н — катить действительно намного легче.