Сила трения: некоторые любопытные факты

Знаете ли вы, что еще гениальный Леонардо да Винчи в далеком 1500 году очень интересовался тем, от чего зависит сила трения и что она собой представляет? Странные опыты, которые он проводил, вызывали немалое удивление у его учеников, а чего еще можно было ожидать от людей, видящих, как талантливый ученый таскает по полу веревку, то размотанную во всю длину, то плотно свитую. Эти и другие подобные эксперименты позволили ему чуть позже (в 1519 году) сделать вывод: сила трения, которая появляется при контакте одного тела с поверхностью другого, напрямую зависит от нагрузки (силы прижатия), не зависит от площади взаимодействия и направлена в противоположную от движения сторону.

Открытие формулы

Прошло 180 лет, и модель Леонардо была заново открыта Г. Амонтоном, а в 1781 году Ш. О. Кулон в своих работах дал ей окончательную формулировку. Заслуга этих двух ученых в том, что они ввели такую физическую константу, как коэффициент трения, тем самым позволив вывести формулу, по которой можно вычислить, чему равна сила трения для конкретно взятой пары взаимодействующих материалов. До сих пор именно это выражение

F_t = k_t х Р, где

Р – сила прижатия (нагрузка), а k_t – коэффициент трения, из года в год перекочевывает в различные учебники и пособия по физике, а сами коэффициенты давно уже подсчитаны и содержатся в стандартных инженерных справочниках. Казалось бы, наконец-то с этим явлением наступила полная ясность, однако не тут-то было.

Новые нюансы

В XIX веке ученые убедились в том, что формулировка, предложенная Амонтоном и Кулоном, не является универсальной и абсолютно правильной, а сила трения зависит не только от коэффициентов и прилагаемой нагрузки. Кроме этого, есть еще третий фактор – качество обработки поверхности. В зависимости от того, является она гладкой или шероховатой, сила трения будет принимать разное значение. В принципе, это вполне логично: сдвинуть скользящий предмет намного проще по сравнению со смещением объекта с неровной поверхностью. А в конце XIX века появились новые достижения в изучении вязкости, и стало понятно, как действует сила трения в жидкостях. И хотя смазку трущихся поверхностей использовали с самого начала зарождения техники, лишь в 1886 году благодаря О. Рейнольдсу появилась стройная теория, посвященная смазке.

Так, если ее достаточно, и непосредственно контакта между двумя предметами не происходит, сила трения зависит лишь от ее гидродинамики. А если смазочного вещества недостаточно, то включаются все три механизма: кулонова сила, сила вязкого сопротивления и сила, препятствующая страгиванию с места. Как вы думаете, поставила ли эта теория точку в изучении данного явления? Правильно, нет. На пороге ХХ века оказалось, что на малых скоростях при отсутствии смазки возникает штрибек-эффект. Его суть в том, что когда смазка отсутствует, сила сопротивления не снижается сразу с величины силы трогания до уровня кулоновой силы, а падает постепенно по мере роста скорости. В ХХ веке дальнейшие исследования в этой области принесли так много новой информации, что ее требовалось как-то систематизировать. В результате появилась целая наука – трибология, изучающая, как действует сила трения в природе. Только в США число ученых, работающих в данной сфере, перевалило за одну тысячу человек, а в мире ежегодно на эту тему публикуется свыше 700 статей. Любопытно, что же еще интересного удастся обнаружить ученым? Поживем – увидим!