Коэффициент трения при скольжении и качении

В земных условиях любые движущиеся тела (или приходящие в движение) соприкасаются с веществом окружающей среды либо с другими телами. При этом возникают силы, оказывающие сопротивление их движению. Силы эти именуются силами трения, они переводят часть механической энергии движения во внутреннюю энергию, что сопровождается нагреванием тел и окружающей среды.

Трение бывает внешним и внутренним. Внутреннее (иначе называемое вязкостью) заключается в возникновении касательной силы между перемещающимися слоями жидкость или газа, мешающей этому перемещению.

В отличие от него, внешнее трение возникает в местах контакта твердых тел в виде силы, касательной к их поверхности и затрудняющей их взаимное перемещение. Оно, в свою очередь, подразделяется на статическое (трение покоя) и кинематическое. Статическое трение проявляется при попытке сдвинуть одно неподвижное тело относительно другого. Кинематическое существует между движущимися телами, соприкасающимися между собой. Внешнее трение можно разделить на трение скольжения и качения.


В чем физический смысл трения? Полезно оно или вредно? На первый взгляд, трение только мешает нам: изнашиваются детали механизмов, шины автомобилей, стираются подошвы ботинок и т. д. И создание вечного двигателя невозможно лишь по этой причине. Но приглядимся повнимательнее. Исчезнет трение – мы не сможем ни шагать, ни листать книгу, ни тронуть с места автомобиль, ни остановить движущийся. Огромное число физических явлений в мире базируется на трении. Два главных достижения человечества, определивших развитие цивилизации – добыча огня и изобретение колеса – были бы без него невозможны.

Основано данное явление на неровности любых тел: при соприкосновении зазубрины одного всегда цепляются за шероховатости другого. Для идеально гладких (например, тщательно отшлифованных) поверхностей, плотно прилегающих друг к другу, действуют законы молекулярного трения, основанного на взаимном притяжении молекул.


Изучает трение наука трибология. В 1781 году французским физиком Ш. Кулоном были сформулированы основные законы сухого трения. Опытным путем ученый установил, что сила трения F, возникающая при скольжении, прямо пропорциональна действующей на тело силе N нормального давления. Эта зависимость выглядит следующим образом:

N : F = k ∙ N;

где величина k – коэффициент трения (коэффициент пропорциональности). Его величина была вычислена так: тело помещалось на наклонную плоскость и путем изменения угла наклона достигалось его равномерное движение. При этом сила трения F равнялась движущей силе P :

F = P ∙ sin a;

Величина силы N (силы нормального давления) равна P ∙ cos a; следовательно k = tg a. Коэффициент трения отсюда является тангенсом угла наклона поверхности, по которой тело скользит равномерно, т. е. с постоянной скоростью.

На практике его значение может быть вычислено лишь приблизительно. Поверхности тел, как правило, в той или иной степени загрязнены, имеют окислы, ржавчину и другие включения. Коэффициент трения, определяемый попарно для сочетаний различных материалов путем экспериментов, вносится в специальные справочные таблицы.


При качении трение возникает оттого, что движущееся колесо слегка вдавливается в дорожную поверхность, т. е. вынуждено преодолевать небольшой бугорок. Чем тверже дорога, тем меньше этот бугорок и меньше сила трения. Ее величина рассчитывается в данном случае формулой: F = k ∙ N / r, в которой r – величина радиуса колеса. Следовательно, коэффициент трения качения обладает размерностью протяженности. Обычно его выражают в сантиметрах в отличие от коэффициента трения скольжения, являющегося безразмерной величиной.

Как упоминалось выше, коэффициент внутреннего трения существует не только для твердых тел, но и для жидкостей. В гидравлике часто требуется рассчитать потери удельной энергии гидравлических систем, возникающие в трубопроводах. Они бывают двух видов: потери по длине, возникающие в прямых трубах при равномерном течении, и местные потери, причина которых – деформация потока из-за изменения формы канала (сужение, расширение, повороты). Гидравлические потери рассчитывают с помощью аналогичной величины, которая называется «коэффициент гидравлического трения».

Фторопласт: характеристики, ГОСТ
Очень часто в наше время при изготовлении изоляции кабеля, плат, подшипников, а также протезов и имплантантов используется такой современный материал, как фторопласт. Технические характеристики его уникальны. По своим рабочим качествам от ...
далее
Что это - трение в физике?
Проанализируем разные виды трения, выявим их отличительные и сходные черты. Приведем примеры использования трения в природе и технике.
далее
Коэффициент вязкости. Коэффициент динамической вязкости. Физический ...
Коэффициент вязкости – это ключевой параметр рабочей жидкости либо газа. В физических терминах вязкость может быть определена как внутреннее трение, вызываемое движением частиц, составляющих массу жидкой (газообразной) среды, или, более просто, ...
далее
Находим силу трения. Формула силы трения
В статье рассмотрены основные виды трения в механических процессах, изложены способы определения сил трения. Особенности сил трения при движении тел в различных средах позволяют решать задачи исследования явлений.
далее
Трение - это одно из самых главных понятий динамики. Что вы знаете о ...
Без силы трения люди не смогли бы передвигать предметы, передавать их из рук в руки да и просто держать. В чем секрет этого явления и как работает сила трения? Давайте узнаем.
далее
Фрикционные материалы: выбор, требования
Современные механизмы обладают сложной конструкцией, высокими скоростями движения. Поэтому в них применяют различные качественные фрикционные материалы. Что они собой представляют, какие бывают виды, а также каковы особенности их применения, рассмотрено в статье.
далее
Фрикционные материалы: выбор, требования
Разновидности капролонов, характеристики, сфера применения материала
Капролон, технические характеристики которого будут описаны в статье, представляет собой российское название одного из популярных полиамидов – поликапроамида. В продаже сегодня можно встретить еще и аналоги капролона, которые сегодня тоже достаточно распространены.
далее
Разновидности капролонов, характеристики, сфера применения материала