Сила тертя

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Си́ла тертя́ у фізиці — це непотенційна сила, яка протидіє рухові фізичного тіла, розсіюючи його механічну енергію в тепло.

За ДСТУ 2823-94[1] сила тертя — сила, що чинить опір відносному переміщенню одного тіла по поверхні іншого під дією зовнішньої сили, і яка спрямована тангенціально до спільної границі між цими тілами.

Властивості[ред.ред. код]

За своєю фізичною природою сила тертя належить до електростатичних сил і не є фундаментальним типом взаємодії. В мікроскопічному світі сили тертя немає. Сила тертя виникає лише в макроскопічних системах, де внаслідок хаотичного руху атомів відбувається незворотний процес розсіяння енергії макроскопічного руху складових системи в енергію мікроскопічного руху атомів та молекул.

Сила тертя завжди направлена проти вектора швидкості. Сила тертя не належить до потенціальних сил.

Коли тіло рухається в газі чи рідині, сила тертя пропорційна швидкості, при великих швидкостях — квадрату швидкості.

Вивченням процесів тертя займається розділ фізики, який називається механікою фрикційного взаємодії, або трибологією (англ. tribology).

Закон Амонтона — Кулона[ред.ред. код]

Основною характеристикою тертя є коефіцієнт тертя \mu, який визначається речовинами, з яких виготовлені поверхні взаємодіючих тіл.

У найпростіших випадках сила тертя F та нормальне навантаження (або сила нормальної реакції) N_{normal} зв'язані нерівністю:

 | F | \leqslant \mu {N_{normal}},

яка перетворюється у рівність тільки за наявності відносного руху. Це співвідношення називається законом Амонтона — Кулона.

Сила тертя ковзання[ред.ред. код]

Схема дії сил при терті ковзання: W — сила ваги, N — нормальна сила реакції опори, F — прикладена сила, що заставляє тіло ковзати по поверхні, Ff — сила тертя ковзання.

Отже, як граничний випадок закону Амонтона-Кулона (див. вище), коли тіло пересувається на поверхні іншого тіла, сила тертя пропорційна силі реакції опори N з коефіцієнтом пропорційності μ, який називається коефіцієнтом тертя:

 F = \mu N .

В техніці в залежності від умов змащування тертя ковзання поділяють на:

  • сухе, коли взаємодіючі тверді тіла не розділені жодними додатковими шарами змащення. В техніці зустрічається рідко. Характерна риса сухого тертя — наявність значної сили тертя спокою;
  • рідинне (в'язке), при взаємодії тіл, що розділені шаром твердого тіла (порошком графіту), рідини чи газу (мастильного матеріалу). Зустрічається в гідростатичних чи гідродинамічних опорах. Сила рідинного тертя залежить тільки від властивостей мастила та товщини його шару, а не від властивостей поверхні;
  • змішане, коли область контакту містить ділянки сухого і рідинного тертя;
  • граничне, коли в зоні контакту можуть міститися шари і ділянки різної природи (окисні плівки, рідина і т. д.) — найпоширеніший випадок при терті ковзання.

У зв'язку зі складністю перебігу фізико-хімічних процесів, в зоні фрикційної взаємодії, процеси тертя принципово не піддаються опису методами класичної механіки.

Докладніше: Тертя ковзання

Сила тертя кочення[ред.ред. код]

Докладніше у статті Тертя кочення

Тертя кочення — опір рухові, що виникає при перекочуванні тіла одне по одному. Проявляється, наприклад, між елементами підшипників кочення, між шиною колеса автомобіля і дорожнім полотном.

 F_t = \frac f R \cdot N\,

де:

  •  F_t — сила тертя кочення;
  • f — коефіцієнт тертя кочення, одиниці вимірювання метр;
  • R — радіус тіла кочення;
  • N — притискна сила тіла до поверхні.

Сила тертя спокою[ред.ред. код]

Максимальна сила тертя спокою прямо пропорційна до сили нормального тиску. Сила тертя спокою перешкоджає початкові руху тіла. З іншого боку, сила тертя спокою може спричинити прискорений рух тіла після початку руху.

Докладніше: Тертя спокою

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. ДСТУ 2823-94 Зносостійкість виробів тертя, зношування та мащення. Терміни та визначення.

Джерела[ред.ред. код]

  • Теорія механізмів і машин/ А. С. Кореняко; Під ред. М. К. Афанасьєва. - К. : Вища шк. Головне вид-во, 1987. - 206 с.