В конце XIX века Рейнольдс создал первую теорию смазки. При наличии достаточно толстого слоя смазки сила трения определяется только гидродинамическими свойствами смазочного слоя и с ростом скорости сила трения должна возрастать. Если слой смазки недостаточен, то к силе вязкого трения прибавится "сухое" трение, описанное Кулоном.

В 1902 году Штрибек опубликовал данные о том, что в отсутствии смазки сила сопротивления не падает сразу с уровня максимальной силы трения покоя до силы трения скольжения, а возникает постепенное падение силы с ростом скорости (эффект Штрибека).

Современная модель возникновения сил трения выглядит следующим образом. Граница соприкосновения двух поверхностей в микроскопических масштабах испещрена неровностями. Трение обусловлено не зацеплением выпуклостей друг о друга (если бы это было так, то сила трения обязана была бы зависеть от площади соприкосновения, а этого не наблюдается в эксперименте), а взаимодействием тел в точках соприкосновения на молекулярном уровне. (Подтверждением этому является наличие больших сил трения между тщательно отполированными поверхностями). Один из авторов теории трения Ф.Боуден говорил, что "наложение двух твердых тел одного на другое подобно наложению швейцарских Альп на перевернутые австрийские Альпы — площадь контакта оказывается очень малой", именно поэтому сила трения не зависит от площади поверхности. Но если поверхности начинать сдавливать, то "горные пики" начнут деформироваться и подлинная площадь контакта увеличится пропорционально приложенной нагрузке. Сопротивление относительному сдвигу этих контактных зон и является основным источником трения движения. При наличии сдвигающей силы один "пик" начнет прогибать второй "пик", как бы пытаясь сгладить дорогу, а потом уже скользить по ней. При этом надо учитывать, что имеющиеся пылинки и разрушающаяся поверхностная пленка будут играть роль смазки, усложняя явление. Таким образом, при наложении горизонтальной смещающей силы можно выделить 4 основных режима движения:

• режим упругих микросмещений,

• режим скольжения по площадкам контактов поверхностного слоя,

• при увеличении скорости смазка создает подъемную силу, нарушающую большую часть прямых контактов, снижая тем самым силу трения,

• с увеличением скорости вязкое сопротивление возрастает и сила трения должна увеличиться.

Этим качественным представлениям соответствует график зависимости силы трения от скорости. При этом надо заметить, что если смазка не вводится искусственно, то увеличения силы трения с ростом скорости почти незаметно и закон Кулона для силы трения скольжения выполняется за исключением малых скоростей при переходе от трения покоя к трению скольжения.

Источники:

И.В.Крагельский, В.С.Щедров «Развитие науки о трении», М., 1956,

Е.А.Бутиков, А.С.Кондратьев "Физика", книга 1, М., 1994, параграф 21,

А.А.Первозванский "Трение — сила знакомая, но таинственная", "Соросовский образовательный журнал" № 2, 1998, стр.129.

• ВОПРОС № 81: Если предположить, что все здания в Москве построены из кирпичей, какое количество кирпичей для этого понадобится?

ОТВЕТ: Для грубой оценки числа кирпичей, необходимых для постройки Москвы, оценим число кирпичей, необходимых для строительства жилых зданий. Выберем модель, в которой для простоты вся Москва застроена 9 — этажными кирпичными домами. Длина такого дома около 100 м, ширина — 12 м, высота — 30 м. Толщина стены — 0,5 м. Толщина перегородки — 0,25 м. Тогда объем кирпичных стен 2•(100+12)•30•0,5 = 3360 м3.

Объем внутренних перегородок будет примерно такой же (они тоньше, но их суммарная длина больше). Оценим общий объем кирпича, пошедшего на строительство одного 9-этажного дома, в 6000 м3.

Объем одного стандартного кирпича составляет 0,25•0,12•0,065 = 0,00195 м3. Таким образом, на строительство такого дома понадобится примерно 3 миллиона кирпичей.

В Москве живет приблизительно 10 млн человек. В одном 9-этажном доме указанных размеров в среднем живет 600–700 человек. Для размещения всех жителей нужно приблизительно 16000 таких домов. Перемножив число домов на число кирпичей, необходимых для строительства одного дома, получим около 50 миллиардов кирпичей. Если же учитывать, что в Москве очень много не жилых зданий (заводы, музеи, различные административные здания, Кремлевские стены и башни и т. д.), количество кирпичей, пожалуй, надо удвоить, а то и утроить. Но порядок величины 1011 останется, т. е. нужно несколько сотен миллиардов кирпичей.

Кириченко Н.А.

Литература: А.С.Енохович «Справочник по физике и технике», М., 1989.

• ВОПРОС № 82: Как доказать, что поверхностная плотность заряда обратно пропорциональна радиусу кривизны поверхности?

ОТВЕТ: Рассмотрим для простоты проводник, состоящий из двух проводящих шаров, соединенных проводом. Поскольку потенциалы соединенных шаров равны, а потенциал заряженного шара ? ~ q/r, то отношение зарядов шаров равно отношению их радиусов. Поверхностная плотность заряда ? = q/S. Зная поверхность шара S = 4?r2, можно найти отношение поверхностных плотностей зарядов: оно будет обратно пропорционально радиусам шаров.

Пусть имеется заряженный проводник какой-то сложной формы. Поскольку по поверхности проводника не течет ток, то потенциалы в разных точках проводника одинаковы. Заряженный проводник является эквипотенциальной поверхностью.

Электрическое поле на внешней поверхности проводника направлено по нормали к поверхности. Величина этого поля пропорциональна поверхностной плотности заряда. Но заряды на поверхности проводника могут располагаться совсем неравномерно.

Рассмотрим заряженный одиночный проводник неправильной формы (см. рисунок).