Сегодня наш ролик посвящён классическим законам трения. Наука о трении трибология получила своё название только в 1966 году, но экспериментальное изучение трения началось гораздо раньше: Леонардо да Винчи описал основные законы трения скольжения и конструкции различных подшипников качения ещё в 1493 году, однако его рукописи были случайно обнаружены в Мадридской национальной библиотеке спустя почти 500 лет — в том же 1966 году. Типичная судьба гения второго класса по Станиславу Лему — понимание его работ приходит спустя несколько столетий и не оказывает никакого влияния на развитие науки!

Поэтому историю трибологии правильнее начать с Гийома Амонтона, установившего в 1699 году три закона сухого трения: сила трения скольжения не зависит от площади и относительной скорости трущихся поверхностей и прямо пропорциональна силе нормального давления. Именно это мы узнаём из школьного курса физики. Амонтон измерил коэффициент трения для разных пар материалов и получил одно и то же значение 1/3 — сила трения скольжения в его опытах неизменно оказывалась в три раза меньше приложенной нагрузки. Вообще-то коэффициенты трения для разных пар несколько различаются, но Амонтон смазывал обе поверхности жиром, так что трение здесь можно считать сухим весьма условно. Согласно Амонтону трение возникает из-за того, что небольшие шероховатости одной поверхности зацепляются за шероховатости другой.

Кажется удивительным, что при одной и той же силе нормального давления сила трения не зависит от площади касания, и это утверждение вызвало недоверие у членов французской Академии, однако все проверки подтвердили его правильность. Можно объяснить это так: трущиеся поверхности соприкасаются отнюдь не всей своей площадью, а только немногими пятнами контакта. При уменьшении площади давление возрастает, поверхности сильнее прижимаются друг к другу, и количество пятен контакта на единицу площади увеличивается, но их общее число остаётся прежним.

В 1704 году ещё один замечательный французский учёный Антуан Паран опубликовал своё исследование о том, как надо учитывать силу трения в различных механизмах. Он ввёл представление об угле трения для тела на наклонной плоскости и конусе трения на горизонтальной плоскости. Будем увеличивать угол наклона плоскости, и при достижении угла трения тело начнёт по ней соскальзывать. Тангенс этого угла равен коэффициенту трения, так что мы получаем простой способ его измерения.

А в 1781 обширные исследования трения произвёл Шарль Огюстен Кулон. Он чётко разграничил силу трения покоя и силу трения скольжения, получил формулу для силы трения качения, а также обнаружил, что сила трения зависит от относительной скорости и времени контакта трущихся поверхностей. Кулон считал, что сила трения скольжения складывается из двух компонент: обнаруженного ещё Амонтоном зацепления, которое пропорционально нагрузке и не зависит от площади касания, и сцепленности, которая, напротив, не зависит от нагрузки, но пропорциональна площади касания — поверхности «прилипают» друг к другу. И об этом в школе уже не рассказывают.

В нашем новом ролике «Сила трения» мы повторяем многие опыты классиков трибологии, и вслед за знаменитым Леонардом Эйлером объясняем, почему сила трения растёт в геометрической прогрессии при увеличении числа оборотов каната вокруг столба. Смотрите, размышляйте вместе с нами и не забывайте ставить лайки!