Як пояснити сутність тертя Чим зумовлене тертя, FizPortal
592.Як пояснити сутність тертя моїй бабусі, не вдаючись до якихось складних наукових побудов, а на найпростішій моделі. Чи зумовлене тертя нерівностями поверхонь, що зчіплюються, чи, можливо, дією електростатичних сил? Можливо, місцеве «прилипання» викликають молекулярні сили, а може, тверда поверхня «проникає» в м'якшу і вони зчіплюються? Питання це дуже старе, нехитре і напевно повинен мати просту відповідь.
Відповідь: Перш тертя пояснювали нерівностями дотичних поверхонь. Сучасна теорія тертя відкидає ці уявлення та розглядає адгезію («злипання») поверхонь в результаті міжмолекулярних взаємодій як основну причину тертя. Незважаючи на це, у багатьох підручниках, як і раніше, тертя описується як явище, обумовлене лише мікроскопічними «пагорбами» і «впадинками» на поверхнях, що стикаються. Чи залежить тертя від площі контакту поверхонь, що стикаються? Сила тертя ковзання прямо пропорційна вазі предмета, що труться. Парадоксальність закону, що сила тертя залежить від площі контакту тіл, стала довгі роки предметом жвавих суперечок між ученими. І тепер не всі питання отримані відповіді, хоча ряд міркувань видається досить переконливим. Справа в тому, що торкання твердих тіл відбувається не по всій поверхні, а в окремих плямах, або вогнищах, контакту. Сумарна (фактична) площа таких осередківSфзазвичай дуже мала і становить дуже малу частину від номінальної площіSн. Однак якщоSнзавжди задана, тоSфяк показує досвід, зростає зі збільшенням ваги вантажуР. Варто тепер припустити, що це зростання прямо пропорційнеР, як парадокс закону Амонтона дозволяється - сила тертя прямопропорційна фактичної площі контакту, яка, у свою чергу, лінійно зростає із зростанням вантажу. Ставлячи цеглу на різні грані, ми завжди зберігаємо постійноїSфяка залежить тільки від ваги цеглиниР. Звідси і сталість тертя. На жаль! Легко виявляється, що Sф росте пропорційноPдалеко не завжди. Типовий приклад сталева кулька, що притискається до жорсткої плити. Площа кругової плями контакту збільшується тут, як показують теорія та експеримент, помітно повільніше, ніж сила, що притискає, а закон Амонтона, як і раніше, дотримується! Зрозуміло, якщо кулька не котиться, а ковзає по площині. Тільки в нашому столітті стало ясно, що глухий кут, в який зайшли вчені, пояснюється надто спрощеним підходом до явища тертя. Нагромадилося багато фактів на користь того, що тертя результат тонких мікроскопічних процесів, прямо пов'язаних з атомно-молекулярною будовою речовини. У1929 р., англійський фізик Д. Томлінсон висловив сміливу гіпотезу про те, що атоми, розташовані на поверхні твердого тіла і першими сприймають навантаження при взаємодії з такими ж атомами іншого тіла, працюють за принципом « так − ні»: кожен з них або тримає гpуз q, подібно до давньогрецької каріатиди, або не працює взагалі. Характерна величина q, названа постійною Томлінсоном, визначається особливостями будови кристалічної решітки матеріалу. Зі зростанням навантаження автоматично вступають в дію нові «каріатиди», число яких виявляється суворим пропорційним навантаженню. Так зникає старе уявлення про суцільне і величезне, в порівнянні з атомом, вогнище контакту з максимальним тиском в центрі. Замість нього виникає модель з безлічі порівнянних з атомом «плям» контакту, кожне з яких приймає однакову зовнішнюсилу. З гіпотези Томлінсона відразу випливає закон Амонтона. У результаті парадокс цього закону дозволяється переосмисленням на основі атомно-молекулярних уявлень такого простого і очевидно, здавалося б, поняття, як площа фактичного торкання твердих тіл. Зараз вже немає сумнівів, що в основі тертя лежать складні мікроскопічні явища. Цілком ймовірно, що закон Амонтона служить якраз природним проявом цієї тонкої природи тертя.