Сила трения скольжения

Сила трения скольжения — сила, возникающая между соприкасающимися телами при их относительном движении.

Опытным путём установлено, что сила трения зависит от силы давления тел друг на друга (силы реакции опоры), от материалов трущихся поверхностей, от скорости относительного движения. Так как никакое тело не является абсолютно ровным, сила трения не зависит от площади соприкосновения, и истинная площадь соприкосновения гораздо меньше наблюдаемой; кроме того, увеличивая площадь, мы уменьшаем удельное давление тел друг на друга [1] .

Величина, характеризующая трущиеся поверхности, называется коэффициентом трения, и обозначается латинской буквой k <\displaystyle k> или греческой буквой μ <\displaystyle \mu > . Она зависит от природы и качества обработки трущихся поверхностей. Кроме того, коэффициент трения зависит от скорости. Впрочем, чаще всего эта зависимость выражена слабо, и если большая точность измерений не требуется, то μ <\displaystyle \mu > можно считать постоянным. В первом приближении величина силы трения скольжения может быть рассчитана по формуле [1] :

N <\displaystyle N> — сила нормальной реакции опоры.

Силами трения называются тангенциальные взаимодействия между соприкасающимися телами, возникающие при их относительном перемещении.

Опыты с движением различных соприкасающихся тел (твёрдых по твёрдым, твёрдых в жидкости или газе, жидких в газе и т. п.) с различным состоянием поверхностей соприкосновения показывают, что силы трения проявляются при относительном перемещении соприкасающихся тел и направлены против вектора относительной скорости тангенциально к поверхности соприкосновения. При этом всегда в большей или меньшей степени происходит преобразование механического движения в другие формы движения материи — чаще всего в тепловую форму движения, и происходит нагревание взаимодействующих тел.

Содержание

Типы трения скольжения

Если между телами отсутствует жидкая или газообразная прослойка (смазочный материал), то такое трение называется сухим. В противном случае, трение называется «жидким». Характерной отличительной чертой сухого трения является наличие трения покоя.

По физике взаимодействия трение скольжения принято разделять на:

• Сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазочными материалами — очень редко встречающийся на практике случай. Характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя.
• Сухое с сухой смазкой (графитовым порошком)
• Жидкостное, при взаимодействии тел, разделённых слоем жидкости или газа (смазочного материала) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость;
• Смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;
• Граничное, когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и т. д.) — наиболее распространённый случай при трении скольжения.

Также можно классифицировать трение по его области. Силы трения, возникающие при относительном перемещении различных тел, называются силами внешнего трения. Силы трения возникают и при относительном перемещении частей одного и того же тела. Трение между слоями одного и того же тела называется внутренним трением.

Измерение

В связи со сложностью физико-химических процессов, протекающих в зоне фрикционного взаимодействия, процессы трения принципиально не поддаются описанию с помощью методов классической механики. Поэтому нет точной формулы для коэффициента трения. Его оценка производится на основе эмпирических данных: так как по первому закону Ньютона тело движется равномерно и прямолинейно, когда внешняя сила уравновешивает возникающую при движении силу трения, то для измерения действующей на тело силы трения достаточно измерить силу, которую необходимо приложить к телу, чтобы оно двигалось без ускорения.

Таблица коэффициентов трения скольжения

Значения таблицы взяты из справочника по физике [2]

Коэффициенты трения покоя и трения качения

• 

Сила трения качения описывается как: Fтр=kтр(Fn/r) , где kтр- коэффициент трения а Fn — прижимающая сила, а r — радиус колеса. Размерность коэффициента трения качения, естественно, [длина]. Ниже приводится таблица полезных диапазонов коэффициентов трения качения для различных пар материалов в см.

Коэффициенты трения скольжения для различных материалов

Таблица коэффициентов трения покоя (коэффициентов сцепления) для различных пар материалов.

Материал

Ксц

Химически чистые металл по металлу

совсем без окисных пленок (тщательно очищенные) 100 несмазанные на воздухе 1,0 смазанные минеральным маслом 0,2-0,4 смазанные растительными и животными маслами 0,1

Сплавы, по стали

медно-свинцовый несмазанный 0,2 медно-свинцовый смазанный минеральным маслом 0,1 Сплав Вуда, белый металл = white metall несмазанный 0,7 Сплав Вуда, белый металл смазанный минеральным маслом 0,1 Фосфористая бронза, латунь несмазанная 0,35 Фосфористая бронза, латунь смазанная минеральным маслом 0,15-0,2 Сталь обычная несмазанная 0,4 Сталь обычная смазанная минеральным маслом 0,1-0,2 Стальные поверхности высокой твердости несмазанные 0,6

Стальные поверхности высокой твердости при смазке:

— растительные и животные масла 0,08-0,1 — минеральные масла 0,12 — дисульфид молибдена 0,1 — олеиновая кислота 0,08 — спирт, бензин 0,4 — глицерин 0,2 Тонкая пленка индия толщиной 10 -3 -10 -4 см на твердом основании 0,08 Тонкая пленка свинца на твердом основании 0,15 Тонкая пленка меди на твердом основании 0,3

Неметаллические материалы

стекло по стеклу, очищенные 1 стекло по стеклу, смазанные жидкими углеводородами или жирными кислотами 0,3-0,6 стекло по стеклу, смазанные твердыми углеводородами 0,1 Алмаз по алмазу, очищенные и дегазированные 0,4 Алмаз по алмазу, очищенные, на воздухе 0,1 Алмаз по алмазу, смазанные 0,05-0,1 Сапфир по сапфиру , очищенные и дегазированные 0,6 Сапфир по сапфиру, очищенные, на воздухе 0,2 Сапфир по сапфиру, смазанные 0,15-0,2 Графит по графиту, очищенные и дегазированные 0,5-0,8 Графит по графиту, очищенные, на воздухе 0,1 Графит по графиту, смазанные, на воздухе 0,1 Графит по стали, очищенный и смазанный 0,1 Каменная соль очищенная по каменной соли 0,8 Нитрат соды по нитрату соды очищенные 0,5 Нитрат соды по нитрату соды смазанные 0,12 Лед по льду при ниже -50°С 0,5 Лед по льду в диапазоне 0/ -20°С 0,05-0,1 Карбид вольфрама по стали, очищенные 0,4-0,6 Карбид вольфрама по стали, смазанные 0,1-0,2 Перпекс или полиэтилен по перпексу или полиэтилену, очищенные 0,8 Перпекс или полиэтилен по стали, очищенные 0,3-0,5 Нейлон по нейлону 0,5 ПТФЕ по ПТФЕ (Ф-4, фторопласт-4) 0,04-0,1 ПТФЕ по стали 0,04-0,1 Шерстяное волокно по роговине (материал вроде рога быка) , очищенное, по ворсу 0,4-0,6 Шерстяное волокно по роговине (материал вроде рога быка) , очищенное, против ворса 0,8-0,1 Шерстяное волокно по роговине (материал вроде рога быка) , смазанное, по ворсу 0,3-0,4 Шерстяное волокно по роговине (материал вроде рога быка) ,смазаное, против ворса 0,5-0,3 Хлопковая нить по хлопковой нити в состоянии поставки 0,3 Хлопок по хлопку (вата) в состоянии поставки 0,6 Шелк по шелку в состоянии поставки 0,2-0,3 Дерево по дереву, очищенное сухое 0,2-0,5 Дерево по дереву, очищенное влажное 0,2 Дерево по кирпичу, очищенное сухое 0,3-0,4 Кожа по металлу очищенная сухая 0,6 Кожа по металлу очищенная влажная 0,4 Кожа по металлу очищенная смазанная 0,2 Тормозной материал по чугуну очищенный 0,4 Тормозной материал по чугуну влажный 0,2 Тормозной материал по чугуну смазанный 0,1