Действие сил трения. Смазка

В повседневной жизни мы на каждом шагу сталкиваемся с дей­ствием сил трения. Вытаскивая гвоздь из стены, мы преодолеваем силу трения. При движении автомобиля или другого экипажа с постоянной скоростью по ровной горизонтальной дороге мощность, развиваемая его двигателем, расходуется на преодоление разных видов трения в механизме автомобиля и между его колесами и полот­ном дороги. Колоссальное количество бензина, угля и нефти идет на то, чтобы восстановить потери механического движения, связан­ные с преодолением сил трения в машинах, самолетах и наземных экипажах различного типа. Поэтому уменьшение трения дает эко­номию огромных материальных ценностей.

Борьба с трением в машинах, на транспорте сводится к замене сухого трения скольжений трением других видов. В частности, наиболее распространенный способ уменьшения трения — смазка — состоит в замене сухого трения трением жидким. Смазка заполняет углубления, выемки, трещины поверхностей твердых тел и об­разует между ними жидкий слой, разъединяющий эти поверхности и препятствующий взаимодействию их молекул. При движении тел происходит скольжение слоев жидкости друг относительно, друга. Замена сухого трения внутренним трением смазки уменьшает тре­ние в 8—10 раз.

Теория смазки была создана русским ученым Я. Я. Петровым. Наиболее строгая теория смазки была разработана Я. Е. Жуков­ским и С. А. Чаплыгиным.

Второй весьма эффективный способ снижения трения — заме­на скольжения качением (в шарикоподшипниках) — мы разберем ниже.

В измерительной технике для повышения чувствительности и точности измерительных приборов имеет большое значение борьба с явлением «застоя». В разного рода стрелочных приборах об измеряемой величине судят по смещению стрелки от нулевого положе­ния. Благодаря наличию трения покоя это смещение начинается, когда измеряемая величина уже достигнет некоторого значения. Это явление приводит к тому, что чувствительность таких приборов (в которых движение указателя осуществляется со скольжением) не может превзойти некоторого предела. Величина силы трения покоя сказывается и на точности прибора, так как стрелка может остано­виться на делении, не соответствующем действительному значению измеряемой величины. Поэтому в прецизионных измерительных приборах указатели укрепляются не в подшипнике, а на подвесе, что позволяет избежать сухого трения.

Однако полное исчезновение трения повлекло бы за собой весьма неприятные последствия. Ни человек, ни автомобиль, ни какой-ли­бо механизм, как мы знаем, не могли бы двигаться под действием внутренних сил, так как эти силы лишь сближают или раздвигают отдельные части тел. Трение служит той внешней силой, которая ослабляет или уравновешивает действие одной из внутренних сил и позволяет другой силе перемещать тело. Человек при ходьбе, занося ногу вперед, отрывает ее от земли, а другой ногой опирается о землю. Нога, стоящая на земле, испытывает на себе действие двух сил: мускульной, толкающей ее назад, и силы трения покоя, урав­новешивающей эту силу. В результате эта нога остается на месте, в то время как приподнятая, испытывая лишь небольшое сопротив­ление со стороны воздуха, перемещается вперед. При движении тепловоза сила трения колес о рельсы является движущей силой, не позволяя им скользить; благодаря трению не проскальзывает по шкиву ремень, передающий движение от двигателя к станку. Во всех рассмотренных случаях проявляется сила трения покоя. Поэтому трение покоя иногда называют ведущим трением.

В отсутствие силы трения гвоздь не удержался бы в доске; вин­товые, шпоночные соединения распались; любая машина, едва придя в движение, рассыпалась бы на составные части.

Рис.8

Многим знакомо явление «заноса» автомобиля при резком тор­можении на скользкой дороге. При торможении колеса автомобиля начинают с большой скоростью скользить по льду (рис.8). Сила трения скольжения направлена в сторону, противоположную

скорости движения. Положим, под действием силы возникло скольжение колеса с малой скоростью в направлении, перпендикулярном и одновременно возникла направленная проти­воположно скорости сила трения . Результирующая скорость скольжения: Сила трения направлена против и имеет значение F _тр. Можно считать, что, так как силы трения с изменением скорости меняются мало. Тогда составляющая силы трения в направлении, противоположном , равна:. Но если v₂<<v₁, угол мал и

или

Сила трения в направлении, перпендикулярном скольжению, зависит от скорости движения v₂ в этом направлении. Трение в на­правлении, перпендикулярном движению, приобретает характер жидкого трения, так как если, то и сила : достаточно небольшой силы, чтобы возникло движение вбок. Вследствие этого же явления приводные ремни слетают со шкива при резком умень­шении скорости его движения; вращающееся сверло или бур легко входит в металл, дерево или землю и вытаскивается из них (чтобы вытащить неподвижное сверло из металла или бур из земли, часто требуются значительные усилия).

Лекция 15. Упругие свойства твердых тел. Виды упругих деформаций. Закон Гука для разных деформаций: односторонне растяжение (сжатие), всестороннее сжатие, сдвиг, кручение. Модуль упругости, коэффициент Пуассона.

Дата добавления: 2014-01-06