Как найти коэффициент трения для разных видов трения?

Явление трения в жизни человека играет как положительную, так и отрицательную роль. С одной стороны, без его присутствия было бы невозможным движение, с другой же стороны, из-за трения происходят огромные потери энергии и рабочих материалов. В статье рассмотрим с точки зрения физики, что собой представляет трение, а также как найти коэффициент трения.

Явление трения

Трение - это контактное явление, которое возникает в зоне соприкосновения различных тел, и которое оказывает противодействие любому их взаимному движению.

В механике движения твердых тел выделяют три вида трения:

• действующее в покое;
• действующее во время скольжения поверхностей друг по другу;
• возникающее при качении тел.

Трение покоя возникает, когда мы прикладываем внешнюю касательную к поверхности силу к телу, чтобы сдвинуть его с места. Яркими примерами трения скольжения является скольжение лыж по снегу. Наконец, трение во время качения проявляет себя, когда колесо транспортного средства катится по дороге.

Формула для определения силы трения

В физике перечисленные виды трения описываются одной и той же формулой при расчете действующих сил. Эта формула имеет следующий вид:

F_t = µ * N.

Сила трения F_t равна произведению коэффицента трения µ на реакцию опоры N. При рассмотрении соответствующего вида трения меняется только значение коэффициента µ, который является величиной безразмерной.

В случае сил трения покоя и скольжения величина µ составляет порядка десятых долей единицы. Зависит µ от контактирующих материалов, от шероховатости их поверхности, и не зависит от площади контакта или скорости скольжения.

Для трения качения коэффициент µ (его принято обозначать C_R) зависит от характеристик упругости катящегося тела, от его твердости, от радиуса качения и некоторых других факторов. Для большинства материалов величина этого коэффициента для качения составляет сотые и тысячные доли от единицы.

Поскольку влияющих на величину µ факторов много, то определенной математической формулы для его расчета не существует. Отвечая на вопрос, как найти трения коэффициент, следует сказать, что его измеряют экспериментально.

Определение коэффициента µ

В этом пункте рассмотрим два способа практического определения величины µ на примере трения скольжения и покоя.

Первый способ, дающий ответ на вопрос, как найти коэффициент трения, заключается в помещении на горизонтальную плоскость бруска, к которому прикреплен динамометр. Брусок и плоскость изготовлены из исследуемой пары материалов, например, из стекла и дерева. Перемещая равномерно брусок, взявшись за динамометр, можно определить силу скольжения F_t. Зная массу m бруска, коэффициент µ рассчитывают так:

µ = F_t / (m * g).

Второй способ удобен для определения µ для трения покоя. Для этого необходимо поместить на горизонтальную плоскость брусок. Затем, следует медленно поднимать один конец плоскости, наклоняя ее на некоторый угол к горизонту. При определенном угле θ брусок начнет соскальзывать с поверхности. Измерив этот угол, коэффициент трения µ можно определить из равенства:

µ = tg(θ).

Измерение µ для трения качения предполагает использование более сложной установки, которая называется наклонным маятником. Расчет µ в этом случае выполняется при помощи исследования уравнений динамики движения.