Трение в технике и природе

Явление трения очень часто встречается вокруг нас. Без трения покоя предметы выскальзывали бы у нас из рук. Мы даже ходим по земле благодаря трению — оно возникает между подошвой нашей обуви и землей.

На льду трение становится меньше. Нам сложно по нему передвигаться, мы начинаем скользить. Поэтому зимой тротуары посыпают песком. В данном примере трение для нас полезно — мы стараемся его увеличить.

Но иногда трение играет и отрицательную роль — тогда мы будем пытаться его уменьшить. На данном уроке мы рассмотрим, где мы встречаем трение в природе и технике и какую роль оно играет.

Трение в технике

Рассмотрим трение на примере автомобиля. В каких случаях трение может быть полезным?

Во-первых, при торможении автомобиль останавливается за счет силы трения (рисунок 1) . Такой механизм как тормоз позволяет резко увеличить силу трения. Это и приводит к остановке автомобиля.

Во-вторых, без трения покоя автомобиль не смог бы начать движение. Колеса бы просто вращались и проскальзывали. Автомобиль бы просто стоял на месте и буксовал. Так часто бывает зимой, если дорога скользкая. Поэтому поверхность шин делают ребристой, неровной. Это увеличивает трение. Например, у зимних и внедорожных шин поверхность более ребристая, чем у шоссейных и городских (рисунок 2).

Но трение бывает и вредным. Во всей технике из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. В таком случае необходимо уменьшить силу трения. Для этого поверхности деталей делают гладкими и используют смазку

Чтобы уменьшить трение вращающихся деталей (валов), их опирают на подшипники. В автомобилях используется большое их множество.

{"questions":[{"content":"Чтобы уменьшить трение в технике, можно[[choice-25]]","widgets":{"choice-25":{"type":"choice","options":["использовать смазку","использовать подшипники","Сделать поверхности деталей гладкими","Сделать поверхности деталей шершавыми","Увеличить массу деталей"],"answer":[0,1,2]}}}]}

Подшипники

Деталь подшипника, которая соприкасается с валом, называется вкладышем. Их изготавливают из твердых материалов: бронзы, чугуна, стали. Внутреннюю поверхность покрывают баббитом (сплав на основе олова или свинца) и смазывают. 

Подшипники бывают двух видов (рисунок 3): подшипники скольжения и подшипники качения.

Подшипники скольжения — это подшипники, в которых вал при вращении скользит по поверхности вкладыша. Вы уже знаете, что сила трения скольжения больше силы трения качения при одинаковых нагрузках. Поэтому широкое применение получили подшипники качения (рисунок 4): шариковые и роликовые.

В таких подшипниках вращающийся вал не скользит по неподвижному вкладышу подшипника, а катится по нему на стальных шариках или роликах. Внутреннее кольцо насаживается на вал, а наружное — крепится в корпусе машины. Таким образом, при вращении вала внутреннее кольцо катится на шариках или роликах, которые находятся между кольцами.

Подшипники используются в современной промышленности и транспорте: в автомобилях, токарных станках, электрических двигателях, велосипедах и т. д. 

{"questions":[{"content":"Какой подшипник эффективнее уменьшит силу трения вращающихся деталей?[[choice-32]]","widgets":{"choice-32":{"type":"choice","options":["Подшипник качения","Подшипник скольжения"],"answer":[0]}}}]}

Воздушная подушка

Для уменьшения трения также используют воздух под повышенным давлением. Это называется воздушной подушкой. Такую прослойку используют даже в качестве смазки в высокоскоростных подшипниках (применяются в насосах, генераторах и др.). Распространены суда на воздушной подушке (рисунок 5). Такие катера движутся ровно, одинаково хорошо идут по течению и против него.

{"questions":[{"content":"Использование воздушной подушки позволяет[[choice-34]]","widgets":{"choice-34":{"type":"choice","options":["уменьшить трение","увеличить трение","уменьшить вес механизма","увеличить мощность двигателя"],"answer":[0]}}}]}

Трение в природе

При ходьбе мы используем обувь для того, чтобы увеличить силу трения и комфортно идти по скользким поверхностям. У животных такой возможности нет, но она им и не нужна — природа обо всем позаботилась.

Взгляните на лапы диких животных (рисунок 6). Их когти позволяют им не только ловко перемещаться по земле, но и взбираться на деревья, находить пищу, хватать добычу и удерживать ее.

Например, когти леопарда (длиной до 55 мм) позволяют ему отлично лазить по деревьям. На деревьях эти большие кошки могут отдыхать, сидеть в засаде или даже ловить обезьян.

У животных имеются различные органы, служащие для хватания. Все они имеют шероховатую поверхность, что увеличивает трение. А чем больше сила трения между органом хватания и предметом, тем прочнее предмет будет схвачен.

Например, хобот слона (рисунок 7). Он имеет шершавую поверхность, складки. Это помогает слону удерживать пищу.

Рыбы покрыты слизью. Так они уменьшают трение воды. Тела акул, дельфинов, косаток имеют очень гладкую поверхность (рисунок 8). Это также позволяет им уменьшить трение воды при движении.

У насекомых на конечностях есть специальные волоски и придатки, которые позволяют им цепляться за любые поверхности. 

Усики у вьющихся растений позволяют им цепляться за опору, расти и удерживаться (рисунок 9).

Сила трения покоя корнеплодов (например, картофеля или свеклы) о грунт позволяет им удерживаться в почве.