Тертя-це фізична сила, яка виникає при зіткненні двох поверхонь і перешкоджає їх ковзанню відносно один одного. Можливо, ви помічали, що при спробі зрушити важкий предмет з місця, потрібно докласти більше зусиль, ніж при його ковзанні по вже рухається поверхні. Це явище пояснюється тим, що сила тертя спокою менше, ніж сила тертя ковзання.
Сила тертя спокою виникає, коли дві поверхні знаходяться в спокої відносно один одного, і одна з них намагається почати рух. В цьому випадку, між поверхнями утворюється мікроскопічні нерівності, які зачіпляються один за одного і створюють опір руху. Однак, коли предмет необхідно зрушити, сила тертя спокою долається і нерівності починають ковзати один по одному.
На відміну від сили тертя спокою, сила тертя ковзання виникає при вже сталому Русі предмета. Поверхні, з якими контактує рухомий предмет, стикаються і знову утворюють нерівності, але в цьому випадку опір руху вже не так сильно, оскільки між нерівностями утворюється плівка змазує рідини.
Причини меншої сили тертя спокою в порівнянні з силою тертя ковзання
Основні причини, чому сила тертя спокою менша за силу тертя ковзання, включають:
- Інтермолекулярні взаємодії. Сила тертя обумовлена взаємодією молекул поверхонь. У разі сили тертя спокою, між молекулами існують сили тяжіння, які утримують поверхні в стані спокою. У разі сили тертя ковзання, при наявності руху, виникають додаткові міжмолекулярні сили відштовхування, що призводить до більшої силі тертя.
- Кривина поверхні. Через кривизну поверхонь, при силі тертя спокою точки дотику двох поверхонь менше, ніж при силі тертя ковзання. Це призводить до зменшення площі контакту і, відповідно, зменшення сили тертя спокою.
- Наявність мазки. У разі сили тертя спокою, між поверхнями може існувати шар мазка, який знижує тертя. Мазок може бути утворений або природним чином (наприклад, за рахунок наявності рідини), або мастильним матеріалом. При силі тертя ковзання мазок зім'яті і опір тертя збільшується.
- Деформація поверхонь. Під час сили тертя ковзання, поверхні можуть деформуватися і перебудовуватися, що збільшує тертя. У разі сили тертя спокою, утримуючі сили між молекулами не дозволяють поверхонь деформуватися і тертя залишається менше.
В цілому, сила тертя спокою менше сили тертя ковзання через наявність взаємодій між молекулами, кривизни поверхонь, наявності мазка і деформації поверхонь. Ці фактори визначають різну поведінку сили тертя залежно від стану поверхонь.
Гладка поверхня і відсутність мікронерівностей
Якщо розглянути два тіла, що знаходяться в контакті і відчувають тертя, то можна помітити, що при спокої між цими тілами створюється так званий "вакуум" мастила. Гладка поверхня і відсутність мікронерівностей дозволяють меншій силі тертя утримувати тіла в стані спокою.
Однак, при ковзанні, відбувається взаємне зміщення тіл один щодо одного. У цьому випадку мікронерівності дотичних поверхонь заважають руху і створюють велику силу тертя.
Таким чином, гладка поверхня і відсутність мікронерівностей відіграють важливу роль у визначенні сили тертя. Чим гладкіше поверхня, тим менше тертя і тим легше рухати тіло спокою. У той же час, наявність мікронерівностей значно збільшує силу тертя при ковзанні.
Пружні деформації поверхні
Деформація поверхні відбувається під впливом тиску іншого тіла або прикладеної сили. Якщо на поверхню діє тільки нормальна сила, то поверхня деформується в напрямку нормалі, тобто в основному відбувається стиснення або розтягнення. В цьому випадку говорять про пружних деформаціях.
Пружні деформації вносять важливий внесок в силу тертя. Коли одне тіло рухається по поверхні іншого тіла, в області їх контакту відбувається деформація поверхні. В результаті деформації виникають внутрішні сили, які перешкоджають ковзанню тіл один по відношенню до одного.
При спокої тіла на поверхні відбувається пружна деформація поверхні, яка може перешкоджати початку руху тіла (так звана сила тертя спокою). Вона обумовлена взаємодією мікровиступів і западин двох тіл, які при зіткненні переміщаються один щодо одного. При цьому відбуваються поверхневі деформації, що викликає появу додаткової сили тертя, що перешкоджає руху.
При ковзанні тіл по поверхні відбувається більш інтенсивна деформація поверхні, що призводить до виникнення сили тертя ковзання. При ковзанні западини одного тіла "зачіпляються" за виступи поверхні іншого тіла, що викликає взаємний опір і призводить до того, що тіла тертям розігріваються.
Таким чином, пружні деформації поверхні є ключовими моментами, що впливають на силу тертя. Під час спокою деформації поверхні менш інтенсивні і перешкоджають початку руху тіла, в той час як при ковзанні відбуваються більш інтенсивні деформації, що викликає силу тертя ковзання.
Зміна стану поверхні при ковзанні
Сила тертя, що виникає між двома тілами при їх деформації і ковзанні, залежить від стану поверхні контакту. При терті спокою поверхні тісно контактують один з одним і взаємодіють через мікроскопічні виступи і поглиблення, утворюючи нерівності.
Однак, при ковзанні, стан поверхні істотно змінюється. Під дією тангенціальної сили виступи зрізаються, а поглиблення заповнюються іншими частинками або пом'якшуються. В результаті поверхня стає плоскою і гладкою. Це дозволяє тілам ковзати між собою з меншим опором.
Таким чином, сила тертя спокою обумовлена мікроскопічними аномаліями на поверхні, які запобігають ковзанню, тоді як сила тертя ковзання виникає при зміні стану поверхні внаслідок деформації та зрізання мікроскопічних виступів.