Сила тертя спокою Fтертя сп — це сила, яка виникає між двома дотичними тілами в разі спроби зрушити одне тіло відносно іншого і напрямлена в бік, протилежний тому, в який би рухалось тіло, якби тертя не було.
Сила тертя спокою прикладена вздовж поверхні, якою тіло дотикається до іншого тіла, і за значенням дорівнює силі F, що намагається зрушити тіло:
У разі збільшення сили F, що намагається зрушити тіло, збільшується й сила тертя спокою. Коли сила F набуде певного значення і тіло ось-ось почне рух, сила тертя спокою є максимальною. З початком руху сила тертя спокою перейде в силу тертя ковзання.
Найчастіше дія сили тертя спокою є дуже «корисною»: завдяки їй речі не вислизають із рук, не розв’язуються вузли; ця сила утримує піщини в купі піску, важкі камені на схилі гори, коріння рослин у ґрунті. Саме сила тертя спокою є тією силою, завдяки якій пересуваються люди, тварини, транспорт.
Сила тертя ковзання Fтертя ковз — це сила, яка виникає в разі ковзання одного тіла по поверхні іншого і напрямлена протилежно напрямку руху тіла.
Сила тертя ковзання діє вздовж поверхні дотику тіл і трохи менша за максимальну силу тертя спокою. Саме тому тіла починають рухатися з місця ривком і зрушити їх важче, ніж потім рухати. Це особливо помітно, коли тіла є масивними.
Сила тертя ковзання залежить від властивостей дотичних поверхонь.
Сила тертя ковзання не залежить від площі дотичних поверхонь.
Сила тертя ковзання прямо пропорційна силі нормальної реакції опори*:
* Цей закон був установлений французьким вченим Ґ. Амонтоном і перевірений його співвітчизником Ш. Кулоном, тому й отримав назву закон Амонтона — Кулона.
Сила тертя ковзання не залежить від площі дотику тіл і прямо пропорційна силі нормальної реакції опори:
де N — сила нормальної реакції опори**; μ — коефіцієнт пропорційності, який називають коефіцієнт тертя ковзання.
** N = mg, якщо на горизонтальній поверхні на тіло у вертикальному напрямку не діють ніякі сили, крім сили тяжіння та сили нормальної реакції опори.
Оскільки і силу тертя ковзання, і силу нормальної реакції опори вимірюють у ньютонах, то коефіцієнт тертя ковзання є величиною, що не має розмірності:
Значення коефіцієнтів тертя ковзання встановлюють виключно експериментально. Зазвичай таблиці коефіцієнтів тертя ковзання містять орієнтовні середні значення для пар матеріалів.
Поверхні твердих тіл завжди є шорсткими, нерівними. Під час руху або спроби руху нерівності чіпляються одна за одну й деформуються або навіть зминаються. У результаті виникає сила, що протидіє руху тіла.
Сила тертя, як і сила пружності, — прояв сил міжмолекулярної взаємодії.
Силу тертя ковзання можна зменшити, якщо змастити поверхні. Мастило, переважно рідке, потрапивши між дотичними поверхнями, віддалить їх одну від одної. Тобто ковзатимуть не поверхні тіл, а шари мастила,— тертя ковзання (так зване сухе тертя) заміниться на в’язке (рідке) тертя, за якого сила тертя є істотно меншою.
Якщо одне тіло котиться вздовж поверхні іншого, то маємо справу з тертям кочення.
Сила тертя кочення зазвичай набагато менша, ніж сила тертя ковзання.
Інтерактивні симуляції "ThET" (Сили і рух: Основи)
* Розв'язування задачі на цій сторінці передбачає використання мультимедійної дошки. В підручнику розв'язування задачі на сторінках 144, 145.
Задача. Щоб рівномірно рухати по столу книжку масою 1 кг, треба прикласти горизонтальну силу 2 Н. Чому дорівнює коефіцієнт тертя ковзання між книжкою і столом?
Аналіз фізичної проблеми. Книжка рухається рівномірно, отже, сили, які діють на неї, попарно скомпенсовані: F = Fтертя ковз, N = Fтяж. За цих умов і знайдемо шуканий коефіцієнт тертя.
