Сила трения. 
Физика

Если расстояние между атомами разных тел порядка размера атома (~10 ¹⁰ м), то электростатическое притяжение противодействует относительному движению тел вдоль поверхности их соприкосновения (этим же объясняется действие клея). Противодействие усугубляется микровыступами и впадинами, образующими «пятна» контакта. При попытке сдвинуть одно тело относительно другого силой F возникает компенсирующая ее сила — F_llOK, которая называется силой трения покоя. Ее максимальное значение, при котором еще не возникает относительное движение тел, называют предельной силой трения покоя (F_max). Она зависит от материалов тел, состояния их поверхностей и силы нормального давления N, определяющей количество и глубину взаимных «зацеплений» в пятнах контакта. Французские физики Г. Амонтон (1663—1727) и (значительно позже) Ш. Кулон (1736—1806) нашли зависимость.

где k — коэффициент трения покоя. При F< F_max поверхности не проскальзывают, что лежит в основе движения пешеходов, автомобилей и т. д. Для увеличения F_max шины автомобиля снабжают протектором с «рисунком», зимой применяют шипы, ими снабжают также гусеницы танка, ботинки бегунов и альпинистов и т. п. (в лабораторном практикуме изучают трение между автомобильными дисками сцепления).

При F> F_max упругие деформации переходят в пластические: неровности сминаются, частично разрушаются (на этом основаны шлифовка и полировка), и тело приходит в движение. Здесь действует уже сила трения скольжения, которая характеризуется аналогичной зависимостью:

где k_c — коэффициент трения скольжения, который зависит не только от материала и состояния поверхностей, но и от скорости движения.

Вышеупомянутая польза трения диалектически уравновешена ее противоположностью — трение приводит к износу трущихся поверхностей и их нагреванию, что влечет потерю энергии движения. Для уменьшения трения скольжения подбирают материалы трущихся пар и обрабатывают их поверхности до зеркальной гладкости, как, например, внутреннюю поверхность ствола оружия или цилиндра двигателя. С этой же целью применяют смазку — вязкую жидкость, которая изменяет сам характер трения — оно происходит уже нс между поверхностями, а между слоями жидкости (см. параграф 4.4).

Более радикальный способ уменьшения динамических и энергетических потерь — замена трения скольжения на трение качения, к которому неизвестный гений пришел тысячи лет назад. Качение — это также диалектический переход к противоположности. Если при скольжении сопротивление выступов преодолевается, то качение их использует: оно подобно качению шестерни по зубчатой рейке. Однако качение также не лишено сопротивления. Ему препятствуют проскальзывания в некоторых пятнах контакта: сила трения скольжения F' (рис. 1.9) создает момент, направленный противоположно крутящему моменту. Кроме того, под действием силы тяжести колеса возникает деформация поверхности опоры. При неподвижном колесе реакция опоры N направлена вверх и проходит через центр вращения О (рис. 1.9), а при накате на выдавленный валик вектор N' создает момент, направленный противоположно крутящему моменту. Чем меньше сила нормального давления, больше радиус г катящегося тела, тем меньше сила трения качения:

где k_K — коэффициент трения качения, определяемый материалом и состоянием поверхности.

Рис. 1.9.

Примеры практики

В ВВТ сила трения определяет работу дисков сцепления, тормозов, подшипников, гусениц и колес. На льду автомобили буксуют и их заносит. Большое влияние на КПД оружия оказывает трение между снарядом и стенками канала, особенно существенное у оружия, где снаряд врезается в его нарезные канавки. Проходимость боевых машин определяется в том числе площадью опоры на грунт, от которой зависит удельное давление, и т. д.