ТРАННЯ В ПРИРОДІ ТА ТЕХНІЦІ
Л. П. ЛИСОВСЬКИЙ та А. Є. САЛОМОНОВИЧ
^ Навколишній світ перебуває в невпинному русі. Найпростішим видом цього руху є переміщення одних речей, предметів, тіл щодо інших – так званий механічний рух. Ми сідаємо, встаємо, ходимо. Дорогою кінь тягне віз; проїжджає автомобіль; паровоз тягне рейками вагони. Тече річка, нею пливе човен, у воді плавають риби. По небу біжать хмари, а над ними пролітає літак. На фабриці з величезною швидкістю обертаються верстати, рухаються ремені приводні.
У всіх цих різноманітних рухах є одна спільна характеристика. При всіх таких рухах одні предмети стикаються або з іншими предметами, або з навколишнім суцільним рідким або газоподібним середовищем, наприклад, з водою або повітрям. Коли ви йдете, ваші ноги стосуються статі. Автомобіль котиться дорогою, вагони — рейками. Риби пливуть у воді, а вода у річці стосується дна та берегів. Літак летить у повітрі, розтинаючи його своїми крилами.
Такий дотик завжди дуже впливає на рух.
Натисніть на легкі санки по укатаному снігу — вони ковзають, але потім поступово сповільнять свій біг і зупиняться. На дорозі не видно підйому; що ж зупинило санчата? Санки зупинила сила тертя, що виникає між сталевими полозами санчата та снігом при ковзанні. Ця сила спрямована назустріч ковзанню санчат, гальмує це ковзання, зменшує його швидкість і, зрештою, зупиняє санки. Така сила тертя, що виникає при ковзанні одних твердих предметів іншим, називається силою тертя ковзання (рис. 1).
Вдарте ногою по футбольному м'ячу. М'яч прокотиться землею і зупиниться. Що зупинило м'яч? Знову тертя. Але ж м'яч не ковзає по землі, а котиться. Виявляється, і прикочення також виникає протидіюча сила. Така сила називається силою тертя кочення. Це вона гальмує бочку, що б'ється, більярдну кулю, дитячий обруч.
Сили тертя ковзання та кочення виникають при ковзанні чи кочуванні твердих тіл. Але чи буває так, що руху ще немає, а сила тертя вже діє? Виявляється, буває і ви самі спостерігали це неодноразово.
Ось на столі лежить важка книга (рис. 2). Спробуйте її зрушити. Для цього буде потрібно деяке зусилля. І якщо на книгу натиснути надто слабо — вона не рушить з місця. Що заважає їй рухатися? Сила тертя між нижньою обкладинкою книги та столом. Ця
Мал. 1. Тертя ковзання. Стрілки показують напрям сили тертя.
Сила тертя перешкоджає твердим тілам рухатися. Тому вона називається силою тертя спокою.
З якого боку ви не натискали на книгу — ліворуч, праворуч, спереду чи ззаду — сила тертя спокою перешкоджає початку ковзання книги. Виходить, що сила тертя спокою спрямована також проти руху — того руху, який тільки мав би виникнути.
Чи при зіткненні твердих тіл з твердими виникає тертя? Ні. Коли під час руху рідини чи газу окремі шари рідини чи газу ковзають одне щодо іншого, з-поміж них виникають сили внутрішнього чи в'язкого тертя.
З-за внутрішнього тертя протягом води біля стін водопровідної труби завжди повільніше, ніж посередині. Безпосередньо прилеглий до стін шар води зовсім не рухається - він прилипає до стін. При дуже повільній течії, коли шари поточної води не перемішуються, шар, поточний поряд з прилиплим, ковзає щодо нього і повинен долати сили тертя, що діють між ними. Наступний далі шар кіль-
Мал. 2. Щоб зрушити з місця книгу, потрібно подолати силу тертя спокою. Ця сила завжди спрямована проти руху, який мав би виникнути.
Зит по другому, і з-поміж них також діють сили тертя тощо.
Таким чином, сили внутрішнього тертя гальмують перебіг води у трубі.
Дещо інакше справа при великих швидкостях, наприклад, при русі літака в повітрі або підводного човна в морі. У цих випадках через в'язке тертя повітря або води виникає нова сила, спрямована назустріч руху і перешкоджає йому.
Це так званий опір тиску. Воно в багатьох випадках виявляється значно більше в'язкого тертя, що породжує його. Але так як обидві ці сили (в'язке тертя і опір тиску) гальмують рух і завжди ростуть зі збільшенням його швидкості, то їх часто не розрізняють, а розглядають разом, і суму цих сил, тобто повну силу, що гальмує тіло, називають просто силою опору середовища. Тертя, обумовлене в'язкістю рідини або газу, називають рідким на відміну від тертя ковзання, кочення, а також тертя спокою, які називаються сухим тертям, оскільки вони виникають при дотику твердих предметів.