Краткие теоретические сведения. Во всех механических явлениях есть трение, действие которого связано с переходом энергии из одного вида в другой: обычно механическая энергия переходит во

Во всех механических явлениях есть трение, действие которого связано с переходом энергии из одного вида в другой: обычно механическая энергия переходит во внутреннюю. Пусть какое-нибудь тело скользит после толчка по ровной горизонтальной поверхности, например, дощечка по льду. Дощечка с течением времени замедляет свое движение и останавливается. Скорость дощечки уменьшается, вектор ускорения направлен против вектора скорости. Причина этого ускорения - в возникновении сил трения о воздух и лед, которые также направлены против скорости движения. В данном случае силы трения возникают вследствие взаимодействия движущегося тела с другими физическими телами (с поверхностью льда, по которой совершается движение, с окружающей средой - воздухом). Ее действие связано с переходом кинетической энергии в тепловую. Скорость определяет направление смещения тела, значит смещение и сила трения направлены в разные стороны, следовательно, работа сил трения отрицательна. Таким образом, механическая энергия всегда уменьшается, когда на тело действует сила трения.

Для тела массой m, движущегося с ускорением , по второму закону динамики

или в скалярном виде

,

так как направление ускорения и силы трения совпадают. Умножим обе части на ds=u×dt, получаем

.

Интегрируя выражение по ds от положения 1 до положения 2, получаем

Кинетическая энергия тела уменьшается (К₂<К₁). Уменьшение кинетической энергии равно работе силы трения, что можно бы было сразу написать на основании закона сохранения и превращения энергии.

Различают два вида трения твердого тела о поверхность – сухое трение и трение о жидкую или газообразную среду – вязкое трение.

При достаточно малых скоростях силу трения скольжения можно считать постоянной, не зависящей от скорости, и равной

F_тр=m×F_тр.

Если нормальная реакция опоры численно равна единице, то коэффициент трения скольжения будет равен величине силы трения – в этом и состоит физический смысл коэффициента трения скольжения. Поскольку коэффициент трения определяется как отношение силы трения к силе нормального давления (или нормальной реакции опоры), то размерность его равна 1, т.е. он не имеет единиц измерения. В таком случае часто говорят: величина безразмерная.

Коэффициент трения скольжения m характеризует трущиеся поверхности. Поэтому выражение коэффициент трения стали не имеет смысла, если не указана вторая поверхность (правильно будет сказать, например, коэффициент трения стали о сталь или коэффициент трения стали о дерево и др.). Поскольку число трущихся поверхностей может быть очень большим, то чаще всего коэффициент трения скольжения определяется экспериментально. Предлагается определить его двумя методами – динамическим и энергетическим.