Сили тертя ковзання. Закон Амонтона-Кулона

Напрямок дії сили тертя було встановлено ще у 16 ст. Леонардо да Вінчі: сила тертя завжди спрямована у бік, протилежний руху тіла. Комплексні експериментальні й теоретичні дослідження сил тертя виконали Амонтон (1663 - 1705 рр.) і Кулон (1736 - 1806 рр.). Для цього використовувався особливий прилад - трибометр (рис. 7.2). Тут 1 - горизонтальна опорна плита; 2 - тіло вагою G у вигляді прямокутного бруска; 3 - блок; 4 - вантаж вагою Q; - горизонтальна реакція мотузки, що з’єднує тіло 2 з вантажем 4 (зсуваюча

 

Рис. 7.2

 

сила для тіла 2). За величиною . При поступовому збільшенні ваги вантажу, починаючи від нуля, буде одночасно пропорційно змінюватися і зсуваюча сила . У випадку досягнення нею певного граничного значення брусок почне рухатись. Сила тертя, яка виникає між шорскими поверхнями стискання тіла і плити при відсутності їх взаємних рухів й зрівноважує зсуваючу силу , називається силою тертя спокою . очевидно, що вона теж змінюється від нуля до деякого граничного значення , тобто . При і = брусок перебуватиме у стані граничної рівноваги, який визначається рівністю . Подальше збільшення зсуваючої сили приведе до його руху під дією сил: і . Тертя при русі тіл, на відміну від тертя спокою називається тертям ковзання, а сила тертя - силою тертя ковзання .

Дослідженнями встановлено наступні узагальнені якісні й кількісні властивості тертя спокою і ковзання шорстких незмащених поверхонь, так званого сухого тертя, або тертя першого роду.

1. Закон Амонтона – Кулона. Максимальна величина сили тертя спокою, яка дорівнює , пропорційна силі нормального стиску поверхонь стикання тіл:

, (7.1)

де - коефіцієнт тертя спокою (статичний коефіцієнт тертя), безрозмірна величина.

Рівняння (7.1) використовують на практиці для визначення величини діючого на тіло зсуваючого зусилля в стані його граничної рівноваги.

Наведемо значення коефіцієнта для деяких матеріалів: сталь - чавун - = 0,22 - 0,28; деревина - деревина - = 0,4 - 0,7; сталь - лід - = 0,027; гума - сухий бетон - = 0,8 - 0,95.

Коефіцієнт тертя не залежить від площі стикання поверхонь тертя, ваги тіла (бруска на рис. 7.2). Він залежить від матеріалу й фізичного стану (чистота обробки, температура, вологість та ін.) поверхонь тіл і зростає при збільшенні часу їх попереднього контакту.

2. За величиною сила тертя спокою змінюється від нуля до максимального значення, рівного , тобто

,

або . (7.2)

3. Сила тертя ковзання належить загальній дотичній площині до поверхонь взаємодії стичних тіл і спрямована у бік, протилежний руху тіла.

Після початку руху сила тертя ковзання по відношенню до сили трохи зменшується, тобто . Величина сили тертя ковзання визначається формулою

,

де - коефіцієнт тертя ковзання (динамічний коефіцієнт тертя).

Коефіцієнт тертя ковзання не залежить від відносної швидкості поверхонь стичних тіл.

На практиці величини коефіцієнтів тертя і визначаються звичайно експериментально. Їх величини для більшості відомих матеріалів наведено в технічних довідниках.