Если поверхности двух тел соприкасаются, то между ними возникает сила, направленная в каждой точке по касательной к поверхности соприкосновения и препятствующая движению тел относительно друг друга. Эта сила называется силой трения. На микроскопическом уровне возникновение сил трения между поверхностями разных тел зависит от взаимодействия молекул и атомов этих тел. Однако на макроскопическом уровне величину сил трения можно описывать с помощью взятых из опыта констант.
Следует различать силу трения покоя и силу трения скольжения.
Трение покоя . Сила трения покоя возникает между неподвижными относительно друг друга телами. Если к одному из тел приложена сила F, пытающаяся его сдвинуть с места, а другое тело неподвижно в данной ИСО, то условие неподвижности (отсутствие ускорения) первого тела означает, что на это же тело действует равная по величине и противоположно направленная сила трения покоя F тр .
Максимальное значение силы трения покоя. С ростом приложенной силы наступает момент, когда тело выходит из состояния покоя и начинает двигаться с ускорением. Это означает, что приложенная сила превысила максимальное значение силы трения покоя (Fтр)макс. Опыт показывает, что
(13.1)
где N — сила реакции опоры, а безразмерный коэффициент m определяется из опыта. Меняя N , можно изменить величину максимальной силы трения покоя.
Трение скольжения. Если приложенная к телу силапревышает по величине (F тр ) макс , то тело
приходит в движение. При трении о поверхность другого тела возникает сила
трения скольжения F тр , всегда направленная в сторону, противоположную направлению скорости. Модуль силы трения скольжения пропорционален величине силы реакции опоры N :
, (13.2)
где коэффициент m практически совпадает с аналогичным коэффициентом в случае трения покоя.
Тормозной путь. При резком торможении автомобиля его колеса начинают скользить по дороге. Возникающая при этом сила трения скольжения тормозит автомобиль. Ускорение торможения равно
(13.3)
(знак минус соответствует тому, что сила действует в направлении, противоположном скорости).
Можно положить F тр = m mg .
Скорость автомобиля меняется по закону:
где v 0 — скорость автомобиля в момент торможения. В момент остановки скорость
обращается в нуль:
Отсюда можно найти время торможения
тормозной путь
(13.4)
Следует обратить внимание на то, что тормозной путь пропорционален квадрату начальной скорости перед торможением. С другой стороны, этот путь обратно пропорционален величине силы торможения, так что на скользкой дороге (малая сила трения) тормозной путь много больше, чем на сухой.