Тертя ковзання

Тертя́ ко́взання — зовнішнє тертя руху, під час якого швидкості тіл в точках дотику відрізняються за величиною і (чи) напрямком^[1] і діє на тіло у напрямку, протилежному до напрямку проковзування.

Сила тертя ковзання Fr протидіє ковзанню тіла вниз по похилій площині

Тертя ковзання

Кут тертя та конус тертя

Негативними наслідками тертя ковзання в механізмах є не тільки зменшення ККД, а й знос механізмів.

Загальні положення

Основною причиною тертя ковзання є те, що поверхні тіл, котрі дотикаються є шорсткими; внаслідок цього під час переміщення одного тіла по поверхні іншого потрібна сила для подолання опору мікроскопічних нерівностей цих поверхонь. Крім шорсткості поверхонь на явища тертя певний вплив роблять і сили міжмолекулярної взаємодії між двома тілами.

Сила тертя виникає в тій чи іншій мірі між усякими реальними поверхнями, якими б гладкими вони не були. Якщо два тіла взаємодіють одне з одним в умовах тертя, то реакцію R, що діє з боку одного тіла на інше тіло, котре ковзає по ньому можна розкласти на дві складові: N, спрямовану по спільній нормалі до поверхні тіл що дотикаються, і F_r, що лежить в дотичній площині. Сила F_r називається силою тертя ковзання — вона перешкоджає ковзанню тіла по поверхні іншого тіла.

Якщо до тіла прикласти дві активні сили — силу тяжіння P й силу тяги або штовхаючу силу F, то відносне переміщення тіла починається тільки при деякому значенні сили F > F_rmax. При цьому, сила тертя, яка з'являється при відносному спокої тіла, називається силою тертя спокою, сила тертя, що діє при ковзанні тіла, відноситься до тертя руху.

Максимальна сила тертя спокою F_rmax є пропорційною до нормального тиску N тіла на площину (закон Амонтона — Кулона):

${\displaystyle F_{r}max=\mu _{max}\cdot N,}$

де ${\displaystyle \mu _{max}}$ — безрозмірна величина, яка називається коефіцієнтом тертя спокою або статичним коефіцієнтом тертя.

Сила тертя під час руху менша від сили тертя спокою і коефіцієнт тертя руху (динамічний коефіцієнт тертя) менший ніж статичний коефіцієнт тертя:

${\displaystyle \mu <\mu _{max}.}$

Кут тертя

Часто під час інженерних розрахунків не роблять різниці між статичним і динамічним коефіцієнтами тертя і їх значення визначають для відповідних матеріалів за таблицями тангенсів кута φ₀, утвореного реакцією R шорсткої поверхні з нормаллю N до поверхні, так як μ = tg φ.

Кут φ₀ називається кутом тертя.

Конус тертя

Розглянемо тіло, що перебуває в стані граничної рівноваги на шорсткій поверхні. В залежності від дії заданих сил напрям граничної реакції F₀ може змінюватися. Геометричне місце всіх можливих напрямків реакції F₀ в граничних умовах утворює конусну поверхню — конус тертя. Приведемо усі активні сили, що діють на тіло, до однієї рівнодійної R, яка утворює кут α з нормаллю до поверхні. Така сила робить подвійну дію — її нормальна складова визначає реакцію поверхні N і, як наслідок, граничну силу тертя ${\displaystyle F_{r}max=\mu \cdot N}$, дотична складова сили R намагається цю силу перебороти. При збільшенні сили R будуть пропорційно зростати обидві складові. Отже, стан спокою або руху тіла не залежить від модуля сили R і визначається тільки кутом її прикладання α.

При рівновазі тіла ${\displaystyle \alpha \leq \phi _{0}}$, і для того, щоб тіло почало рухатися, необхідно і достатньо, щоб рівнодійна активних сил R знаходилась поза конусом тертя.

Див. також

• Тертя
• Закон Гука