Реферат виконала Гладишева Марина, уч. 10 а класу школи № 75
м. Черноголовка
З тертям ми стикаємося на кожному кроці. Вірніше було б сказати, що без тертя ми й кроку ступити не можемо. Але незважаючи на ту велику роль, яку відіграє тертя в нашому житті, до цих пір не створена досить повна картина виникнення тертя. Це пов'язано навіть не з тим, що тертя має складну природу, а швидше з тим, що досліди з тертям дуже чутливі до обробки поверхні, і тому важко відтворювані.
Коли говорять про терті, розрізняють три кілька відмінних фізичних явища: опір при русі тіла в рідині або газі - його називають рідким тертям; опір, що виникає, коли тіло ковзає по якій-небудь поверхні, - тертя ковзання, або сухе тертя; опір, що виникає при кочення тіла, - тертя кочення.
Руху тіла зазвичай перешкоджають сили тертя. Якщо стикаються поверхні твердих тіл, їх відносного руху заважають сили сухого тертя. Характерною особливістю сухого тертя є існування зони застою. Тіло не можна зрушити з місця, поки абсолютна величина зовнішньої сили не перевищить певного значення. До цього моменту між поверхнями дотичних тіл діє сила тертя спокою, яка врівноважує зовнішню силу і зростає разом з нею. Максимальне значення сили тертя спокою визначається формулою
| | Тр max | = μ | N |
де m-коефіцієнт тертя, що залежить від властивостей дотичних поверхонь;
N - сила нормального тиску.
Коли абсолютна величина зовнішньої сили перевищує значення | | тр max |, виникає відносний рух - прослизання. Сила тертя ковзання звичайно слабко залежить від швидкості відносного руху, і при малих швидкостях її можна вважати рівної | | тр max |.
Руху тіла в рідині і газі перешкоджає сила рідкого тертя. Головна відмінність рідкого тертя від сухого - відсутність зони застою. У рідині або газі не виникає сили тертя спокою, і тому навіть мала зовнішня сила здатна викликати рух тіла.
Перші дослідження тертя, про які ми знаємо, були проведені Леонардо да Вінчі приблизно 500 років тому. Він вимірював силу тертя, що діє на дерев'яні параллепіпеди, що ковзають по дошці, причому, ставлячи бруски на різні грані, визначав залежність сили тертя від площі опори. Але роботи Леонардо да Вінчі стали відомі вже після того, як класичні закони тертя були знову відкриті французькими вченими Амонтоном і Кулоном в XVII - XVIII століттях. Ось ці закони:
1. Величина сили тертя F прямо пропорційна величині сили нормального тиску N тіла на поверхню, по якій рухається тіло, тобто F = m N;
2. Сила тертя не залежить від площі контакту між поверхнями;
3. Коефіцієнт тертя залежить від властивостей поверхонь, що труться;
4. Сила тертя не залежить від швидкості руху тіла.
Ось приклад. Англійський фізик Гарді досліджував залежність сили тертя між скляними пластинками від температури. Він ретельно обробляв платівки хлорним вапном і обмивав їх водою, видаляючи жири і забруднення. Тертя збільшувалася з температурою. Досвід був повторений багато разів, і кожного разу виходили приблизно одні й ті ж результати. Але одного разу, моя платівки, Гарді протер їх пальцями - тертя перестало залежати від температури. Протерши платівки, Гарді, як він сам вважав, видалив з них дуже тонкий шар скла, змінив свої властивості з-за взаємодії з хлоркою і водою.
Механізм тертя дуже складний. Обговоримо таку модель. Через нерівностей поверхонь вони торкаються один одного тільки в окремих точках на вершинах виступів. Тут молекули дотичних тіл підходять на відстані, співмірні з відстанню між молекулами в самих тілах, і зчіплюються. Утворюється міцний зв'язок, яка рветься при натиску на тіло. При русі тіла зв'язку постійно виникають і рвуться. При виникають коливання молекул. На ці коливання і витрачається енергія.
Площа дійсного контакту зазвичай близько тисяч квадратних мікронів. Вона практично не залежить від розмірів тіла і визначається природою поверхонь, їх обробкою, температурою і силою нормального тиску. Якщо на тіло натиснути, то виступи мнуть, і площа дійсного контакту збільшується. Збільшується і сила тертя.
При значній шорсткості поверхонь велику роль у збільшенні сили тертя починає грати механічне зачеплення між "пагорбами". Вони при русі мнуть, і при цьому теж виникають коливання молекул.
Тепер зрозумілий досвід з полірованими скляними пластинками. Поки поверхні були "грубі", число контактів було не велике, а після доброї полірування воно зросло. Можна навести ще приклад збільшення тертя з поліпшенням поверхні. Якщо взяти два металевих бруски з чистими полірованими поверхнями, то вони злипаються. Тертя тут стає дуже великим, оскільки площа дійсного контакту велика. Сили молекулярного зчеплення, які відповідальні за тертя, перетворюють два бруски у моноліт.
Сухе тертя має ще одну істотну особливість: наявність тертя спокою. У рідині або газі тертя виникає тільки при русі тіла, і тіло можна зрушити, приклавши до нього навіть дуже маленьку силу. Однак при сухому терті тіло починає рухатися тільки тоді, коли проекція прикладеної до нього сили F на площину, дотичну до поверхні, на якій лежить тіло, стане більше деякої величини. Поки тіло не почало ковзати, діюча на нього сила тертя дорівнює дотичній складової прикладеної сили і спрямована в протилежний бік.
Ось ще приклади, коли хочуть витягти цвях із стінки без допомоги кліщів, його згинають і тягнуть, повертаючи одночасно навколо осі. З тієї ж причини при різкому гальмуванні автомобіль втрачає керування і машину "заносить": колеса ковзають по дорозі, за рахунок нерівностей дороги виникає бічна сила.
Зазвичай вважають, що, для того щоб зрушити тіло з місця, по ньому треба докласти більшу силу, ніж для того, щоб тягнути тіло. У більшості випадків це пов'язано з забрудненнями поверхонь тертьових тіл. Так, для чистих металів такого стрибка сили тертя не спостерігається.
При рівномірному русі смичка скрипки струна захоплюється ним і натягається. Разом з натягом струни збільшується сила тертя між смичком і струною. Коли величина сили тертя стає максимально можливої, струна починає прослизати щодо смичка. Якщо б сила тертя не залежала від відносної швидкості смичка і струни, то, очевидно, відхилення струни від положення рівноваги не змінювалося б. Але при прослизанні тертя зменшується, тому струна починає рухатися до стану рівноваги. При цьому відносна швидкість струни збільшується, а це ще зменшує силу тертя. Коли ж струна, зробивши коливання, двіжетсяв зворотному напрямку, її швидкість щодо змичка зменшується змичок знову захоплює струну, і все повторюється спочатку. Так збуджуються коливання струни. Ці коливання незгасаючі, оскільки енергія, втрачена струною при її русі, щоразу заповнюється роботою сили тертя, підтягуючою струну до положення, при якому струна зривається.
Цим можна і закінчити тему про сухому терті - явище, природу якого ми ще не розуміємо досить добре, але вміємо описувати за допомогою законів, що виконуються із задовільною точністю. Це дає нам можливість пояснювати багато фізичних явищ і робити необхідні розрахунки.