Чому вода і повітря чинять опір руху. більш-менш зрозуміло - їх доводиться розштовхувати, щоб прокласти дорогу. Але чому так важко тягнути гужові сани або котити візок? Адже попереду їм нічого не заважає, спереду у них нічого, крім повітря немає, повітря для повільно рухомих предметів не перешкода, а рухати все-таки важко - знизу щось заважає. Це «щось» називають силами тертя ковзання і тертя кочення.
Сутність тертя ковзання і кочення
Розгадка суті тертя ковзання і кочення прийшла не відразу. Вченим довелося потрудитися, щоб зрозуміти, в чому тут справа, і вони ледь не стали на хибний шлях. Раніше, коли запитували, що таке тертя, відповідали так:
- Подивіться на свої підметки! Чи давно вони були нові і міцні, а зараз вже помітно зносилися, стали більш тонкий.
Були проведені досліди, які показали, що акуратний людина може зробити по хорошій дорозі приблизно мільйон кроків, перш ніж його підметки проносяться наскрізь. Звичайно, якщо вони з міцної, гарної шкіри. Подивіться на сходи в будь-якому старому будинку, в магазині або в театрі - словом, там, де буває багато народу.
У тих місцях, куди люди ступають частіше, в камені утворилися поглиблення: кроки сотень тисяч людей стерли камінь. Кожен крок трохи руйнував його поверхню, і камінь стирався, перетворюючись на пил. Від тертя ковзання зношуються і підметки, і поверхня підлоги, по якій ми ходимо. Від тертя кочення стираються рейки залізниць та трамвайних колій.
Поступово зникає, перетворюється в пил асфальт шосейних доріг - його стирають колеса автомобілів. Гумові шини теж витрачаються, як і гумки, якими стирають написане олівцем.
Нерівності і шорсткості
Поверхня кожного твердого тіла завжди має нерівності і шорсткості. Найчастіше вони зовсім непомітні на око. Поверхні рейок або полозів саней здаються дуже гладенькими, але якщо подивитися на них в мікроскоп, то при великому збільшенні будуть видні горби і цілі гори. Так виглядають дрібні нерівності на «гладкою» поверхні.
Такі ж мікроскопічні «Альпи» і «Карпати» існують і на сталевому ободі колеса. Коли колесо котиться по рейках, нерівності його поверхні і рейки чіпляються один за одного, відбувається поступове руйнування труться предметів, а рух сповільнюється. Ніщо в світі само собою не робиться, і, щоб виробляти навіть мізерно руйнування поверхні сталевого рейки, доводиться витрачати певних зусиль.
Тертя ковзання і тертя кочення тому і гальмує всяке рухоме тіло, що йому доводиться витрачати частину своєї енергії на руйнування своєї ж поверхні. Щоб зменшити знос поверхонь тертя, їх намагаються робити якомога рівніше, як можна глаже, так, щоб на них залишалося менше всяких шорсткостей.
У свій час думали, що єдиною причиною тертя кочення і ковзання є шорсткість поверхні. Здавалося, що тертя можна зовсім знищити, якщо гарненько відшліфувати і відполірувати поверхні, що труться. Але, як з'ясувалося на підставі вельми майстерно зроблених дослідів, перемогти тертя кочення і ковзання не так-то просто.
Динамометр покаже силу тертя ковзання
При відтворенні дослідів Кулона, (докладніше: Види сил тертя) з тертям спокою взяли сталеву плиту і сталевий брусок, за формою схожий на цеглу, але тільки не такий великий. Він притискався до поверхні плити силою своєї ваги. До бруска був прироблений гачок. За гачок зачепили пружинні ваги - динамометр і, потягнувши за кільце динамометра, стали рухати брусок по плиті.
Динамометр показував силу тяги. Якщо тягнути за динамометр так, щоб брусок рухався абсолютно рівномірно і прямолінійно, сила тяги буде в точності дорівнює силі тертя. Динамометр покаже величину сили тертя ковзання. Вона буде трохи менше сили тертя спокою. певної Кулоном. Але при малих швидкостях ковзання ці сили можна вважати рівними. Так і робили: простягали бруски по плиті з певною невеликою швидкістю і помічали показання динамометра.
Потім стали шліфувати і полірувати труться поверхні плити і бруска і час від часу вимірювали, як змінюється сила тертя від такої обробки. Спочатку все йшло так, як припускали: чим глаже і рівніше ставали труться поверхні, тим слабкіше позначалася сила тертя ковзання. Дослідники вже подумували, що вони незабаром досягнуть того, що тертя зникне зовсім. Але не тут-то було! Коли поліровані поверхні заблищали, як дзеркальні, сили тертя стали помітно зростати.
Добре відполіровані металеві поверхні проявили схильність злипатися. Це довело, що сили тертя ковзання - не тільки наслідок шорсткості поверхонь, що труться. але і результат дії молекулярних сил зчеплення. притаманних усім речовинам, - тих самих сил, які діють між дрібними частками речовини, змушуючи їх притискатися один до одного, змушуючи тверді тіла зберігати свою форму, масло - приставати до металу, клей - клеїти, смолу - липнути, ртуть - скочуватися в кульки. Ці сили зчеплення між частинками речовини отримали назву молекулярних сил.