Партнеры
Вход в систему
Яндекс.Метрика
on-line
Сейчас на сайте 0 пользователей и 2 гостя.

Трение.

592. Как объяснить сущность трения моей бабушке, не прибегая к каким-то сложным научным построениям, а на самой простой модели. Обусловлено ли трение неровностями сцепляющихся поверхностей или, возможно, действием электростатических сил? Может быть, местное «прилипание» вызывают молекулярные силы, а может, твердая поверхность «проникает» в более мягкую и они сцепляются? Вопрос этот очень стар, незамысловат и наверняка должен иметь простой ответ.

Ответ:
 Прежде трение объясняли неровностями соприкасающихся поверхностей. Современная теория трения отвергает эти представления и рассматривает адгезию («слипание») поверхностей в результате межмолекулярных взаимодействий как основную причину трения. Несмотря на это, во многих учебниках по-прежнему трение описывается как явление, обусловленное только микроскопическими «холмиками» и «впадинками» на соприкасающихся поверхностях.
 Зависит ли трение от площади контакта соприкасающихся поверхностей?
 Cила трения скольжения прямо пропорциональна весу трущегося предмета. Парадоксальность закона, что сила трения не зависит от площади контакта тел, стала на долгие годы предметом оживленных споров между учеными.
 И сейчас не на все вопросы получены ответы, хотя ряд соображений представляется довольно убедительным.
 Дело в том, что касание твердых тел происходит не по всей поверхности, а в отдельных пятнах, или «очагах», контакта. Суммарная (фактическая) площадь таких очагов Sф обычно очень мала и составляет весьма малую часть от номинальной площади Sн. Однако если Sн вceгдa задана, то Sф как показывает опыт, растет с увеличением веса груза Р. Стоит теперь предположить, что этот рост прямо пропорционален Р, как парадокс закона Амонтона разрешается − сила трения прямо пропорциональна фактической площади контакта, которая, в свою очередь, линейно растет с ростом груза. Ставя кирпич на различные грани, мы во всех случаях сохраняем постоянной Sф которая зависит только от веса кирпича Р. Отсюда и постоянство трения.
 Увы! Легко обнаруживается, что Sф растет пропорционально P далеко не всегда. Типичный пример стальной шарик, прижимаемый к жесткой плите. Площадь кругового пятна контакта увеличивается здесь, как показывают теория и эксперимент, заметно медленнее, чем прижимающая сила, а закон Амонтона по-прежнему соблюдается! Разумеется, если шарик не катится, а скользит по плоскости.
 Только в нашем веке стало ясно, что тупик, В который Зашли ученые, объясняется слишком упрощенным подходом к явлению трения. Накопилось много фактов в пользу того, что трение − результат тонких микроскопических процессов, прямо связанных с атомно-молекулярным строением вещества.
 В 1929 г., английский физик Д. Томлинсон выказал смелую гипотезу о том, что атомы, расположенные на поверхности твердого тела и первыми воспринимающие нагрузку при взаимодействии с такими же атомами дрyгого тела, работают по принципу «да − нет»: каждый из них или держит гpуз q, подобно древнегреческой кариатиде, или не работает вообще. Характерная величина q, названная постоянной Томлинсона, определяется особенностями строения кристаллической решетки материала. С ростом нагрузки автоматически вступают в строй новые «кариатиды», число которых оказывается cтpoгo пропорциональным нaгpузке.
 Так исчезает старое представление о сплошном и огpомном, по сравнению с атомом, очaге контакта с максимальным давлением в центре. Вместо него возникает модель из множества сравнимых с атомом «пятен» контакта, каждое из которых воепринимает одинаковую внешнюю силу.
 Из гипотезы Томлинсона сразу следует закон Амонтона. В итогe парадокс этого закона разрешается переосмыслением на основе атомно-молекулярных представлений такого простогo и очевидноrо, казалось бы, понятия, как площадь фактического касания твердых тел.
 Сейчас уже не существует сомнений, что в основе трения лежат сложные микроскопические явления. Вполне вероятно, что закон Амонтона служит как раз естественным пpoявлением этой тонкой природы трения.


Смотрите еще