III. 7. Трение скольжения

Поверхность реальных тел не является абсолютно гладкой, как предполагалось выше, таких тел в природе не существует. При всей тщательности обработки поверхность всегда имеет неровности, размеры которых, количество и конфигурация определяются природой материала и чистотой обработки. Так, поверхность кристалла кварца, считающаяся эталоном гладкости, имеет выступы высотой до 100 å (1å=10-10м), самые гладкие металлические поверхности имеют неровности высотой (0,5-0,1)мк (1мк=10-6м), а высота неровностей грубо обработанных поверхностей доходит до (100-200)мк.

Вследствие шероховатости поверхностей соприкасающихся тел при

их относительном смещении возникают силы сопротивления. В зависимо-

III. 7. Трение скольжения - student2.ru сти от вида перемещения различают три формы такого сопротивления: трение скольжения, трение качения . Мы рассмотрим первые две формы. При скольжении одного тела по поверхности другого сила сопротивления направлена, вообще говоря, в сторону, противоположную скорости перемещения, и называется трением скольжения. Поэтому сила реакции III. 7. Трение скольжения - student2.ru шероховатой поверхности будет складываться из двух составляющих, одну из которых,

Рис.I.30 направленную по нормали к поверхности и называемую III. 7. Трение скольжения - student2.ru нормальной реакцией, можно рассматривать как реакцию идеальной преграды той же формы, как данная поверхность, а другая III. 7. Трение скольжения - student2.ru , лежащая в касательной плоскости к поверхности, представляет собой силу трения (рис.I.30).

Во многих случаях сопротивление скольжению является важным фактором и им при расчете различных механизмов и машин пренебрегать нельзя. В теоретической механике рассматривается обычно сухое трение, т.е. такое трение, когда между контактирующими поверхностями нет смазывающего вещества.

Под коэффициентом трения f понимаетсяотношение силы трения III. 7. Трение скольжения - student2.ru к нормальной нагрузке III. 7. Трение скольжения - student2.ru : f = III. 7. Трение скольжения - student2.ru / III. 7. Трение скольжения - student2.ru . Предполагалось, что этот коэффициент постоянен. Но указанная оценка была слишком грубой, что затрудняло проведение надежных инженерных расчетов. III. 7. Трение скольжения - student2.ru Основные закономерности трения скольжения были установлены Кулоном на приборе, схема которого приве

дена на рис.I.31. К телу веса III. 7. Трение скольжения - student2.ru , лежащему на горизон

Рис. I.31тальном столе, прикладывается горизонтальное усилие III. 7. Трение скольжения - student2.ru , создаваемое весом груза, подвешенного на нити, перекинутой через блок и прикрепленной к телу по возможности близко к горизонтальной поверхности. Опыт показывает, что пока нагрузка III. 7. Трение скольжения - student2.ru не достигнет определенной величины, тело будет находиться в покое, а следовательно, справедливы такие условия равновесия: N – P = 0; Q – T = 0, откуда следует N = P, T = Q.

Таким образом, пока тело находится в покое, сила трения остается равной силе натяжения нити (сдвигающей силе), т.е. пока тело в покое, существует бесконечно много положений равновесия. Но сила трения не может возрастать беспредельно: при увеличении сдвигающейся силы тело придет в движение, это означает, что достигнуто предельное состояние, при котором сила трения достигла максимального значения III. 7. Трение скольжения - student2.ru и уже не может уравновешивать силу III. 7. Трение скольжения - student2.ru при ее дальнейшем увеличении. Следовательно, необходимо различать трение при равновесии и трение при движении. Первое зависит от величины той силы, которая стремится сдвинуть тело с места и направлена прямо противоположно этой силе. Максимальная сила трения пропорциональна нормальному давлению N (в рассматриваемом случае N=P), т.е. Tmax = f N. Это соотношение носит название закона Кулона или Амонтона-Кулона.

III. 7. Трение скольжения - student2.ru Изменяя силу нормального давления III. 7. Трение скольжения - student2.ru , материал тела, характер обработки поверхности и другие факторы, можно исследовать их влияние на предельную силу трения. Значение коэффициента трения скольжения f , как показал Кулон, в широких пределах не зависит от площади соприкасающихся поверхностей, но его нельзя рассматривать как неизменную величину. Коэффициент трения является характеристикой процесса и зависит от материала трущихся поверхностей и их конфигурации, чистоты обработки, скорости, нагрузки, свойств окружающей среды, температуры и т.д. Обычно коэффициент f определяется и его значения для разных пар трения приводятся в справочниках. Важно еще раз

подчеркнуть, что пока тело находится в покое, сила тренияравна

Рис. I. 32T = Q и можно лишь утверждать, что III. 7. Трение скольжения - student2.ru .

Знак равенства относится к критическому моменту равновесия: если T останется равным III. 7. Трение скольжения - student2.ru , то равновесие не нарушится, но достаточно самого малого приращения силы III. 7. Трение скольжения - student2.ru , чтобы произошел срыв и тело пришло в движение. Замечено, что при движении сила трения несколько уменьшается. Зависимость силы трения от силы сдвига приведена на рис.I.32. Различают статический коэффициент трения III. 7. Трение скольжения - student2.ru , соответствующей силе трения в момент срыва (точка А), и динамический коэффициент трения скольжения f. Коэффициенты статического и динамического трения для большинства материалов различаются и в большинстве случаев f < III. 7. Трение скольжения - student2.ru .

Так, по данным С.П.Тимошенко, при трении металла по металлу статический коэффициент трения III. 7. Трение скольжения - student2.ru = 0,15-0,25, а динамический f = 0,1; стали по льду - III. 7. Трение скольжения - student2.ru = 0,03; f = 0,015..

Наши рекомендации