Михаил Ивановский - Законы движения

Разгадка сущности трения пришла не сразу. Ученым пришлось потрудиться, чтобы понять, в чем тут дело, и они едва не встали на ложный путь.

Раньше, когда спрашивали, что такое трение, отвечали так:

— Посмотрите на свои подметки! Давно ли они были новые и крепкие, а сейчас уже заметно сносились, стали потоньше.

Опыты показали, что аккуратный человек может сделать по хорошей дороге примерно миллион шагов, прежде чем его подметки проносятся насквозь. Конечно, если они из прочной, хорошей кожи.

Посмотрите на ступени лестниц в каком-либо старом здании, в магазине или в театре — словом, там, где бывает много народу. В тех местах, куда люди ступают чаще, в камне образовались углубления: шаги сотен тысяч людей стерли камень. Каждый шаг чуть-чуть разрушал его поверхность, и камень стирался, превращаясь в пыль.

Снашиваются и подметки, и поверхность пола, по которому мы ходим. Стираются рельсы железных дорог и трамвайных путей. Постепенно исчезает, превращается в пыль асфальт шоссейных дорог — его стирают колеса автомобилей. Резиновые шины тоже расходуются, как и резинки, которыми стирают написанное карандашом.

Поверхность каждого твердого тела всегда имеет неровности и шероховатости. Зачастую они совершенно незаметны на глаз. Поверхности рельсов или полозьев саней кажутся очень гладкими и блестящими, но если посмотреть на них в микроскоп, то при большом увеличении будут видны бугры и целые горы. Так выглядят мельчайшие неровности на «гладкой» поверхности. Такие же микроскопические «Альпы» и «Карпаты» существуют и на стальном ободе колеса. Когда колесо катится по рельсам, неровности его поверхности и рельса цепляются друг за друга, происходит постепенное разрушение трущихся предметов, а движение замедляется.

Ничто в мире само собой не делается, и, чтобы производить даже ничтожнейшее разрушение поверхности стального рельса, приходится затрачивать некоторое усилие. Трение скольжения и качения оттого-то и тормозит всякое движущееся тело, что ему приходится расходовать часть своей энергии на разрушение своей же поверхности. Чтобы уменьшить износ трущихся поверхностей, их стараются делать как можно ровнее, как можно глаже, так, чтобы на них оставалось поменьше всяких шероховатостей. Одно время думали, что единственной причиной трения является шероховатость поверхности. Казалось, что трение можно совсем уничтожить, если хорошенько отшлифовать и отполировать трущиеся поверхности. Но, как выяснилось на основании весьма искусно сделанных опытов, победить трение не так-то просто.

Трибометр.

При воспроизведении опытов Кулона с трением покоя взяли стальную плиту и стальной брусок, по форме похожий на кирпич, но только не такой большой. Он прижимался к поверхности плиты силой своего веса. К бруску был приделан крючок. За крючок зацепили пружинные весы — динамометр и, потянув за кольцо динамометра, стали двигать брусок по плите.

Динамометр показывал силу тяги. Если тянуть за динамометр так, чтобы брусок двигался совершенно равномерно и прямолинейно, сила тяги будет в точности равна силе трения. Динамометр покажет величину силы трения скольжения. Она будет несколько меньше силы трения покоя, определенной Кулоном. Но при малых скоростях скольжения эти силы можно считать равными.

Так и делали: протягивали бруски по плите с определенной небольшой скоростью и замечали показания динамометра.

Потом стали шлифовать и полировать трущиеся поверхности плиты и бруска и время от времени измеряли, как изменяется сила трения от такой обработки. Сначала все шло так, как предполагали: чем глаже и ровнее становились трущиеся поверхности, тем слабее сказывалась сила трения. Исследователи уже подумывали, что они вскоре добьются того, что трение исчезнет совсем. Но не тут-то было!

Когда полированные поверхности заблестели, как зеркальные, силы трения стали заметно возрастать. Хорошо отполированные металлические поверхности проявили склонность слипаться.

Это доказало, что силы трения — не только следствие шероховатости трущихся поверхностей, но и результат действия молекулярных сил сцепления, присущих всем веществам, — тех самых сил, которые действуют между мельчайшими частицами вещества, заставляя их прижиматься друг к другу, заставляя твердые тела сохранять свою форму, масло — приставать к металлу, клей — клеить, смолу — липнуть, ртуть — скатываться в шарики. Эти силы сцепления между частичками вещества получили название молекулярных сил.

Во время опытов со стальной плитой и бруском произошел такой случай: однажды в лабораторию принесли пузырек с валерианкой и открыли его — запах валерианки быстро распространился по всей комнате, и… вдруг трение между плитой и бруском резко уменьшилось. Этот случай породил много шуток, так как известно, что валерианку часто употребляют нервные люди в качестве успокаивающего средства, она же оказалась «лекарством от трения».

Впрочем, не только одна валерианка оказалась способной уменьшать трение. То же самое наблюдалось, когда в лабораторию приносили блюдечко с уксусной эссенцией или открывали флакон с духами.

Это явление не вполне изучено. По всей вероятности, летучие вещества, такие, как эфир, на котором настаивают валериановые капли, уксус и др., оседают на поверхности металла в виде тончайших пленок и как-то отделяют трущиеся поверхности друг от друга; может быть, они заполняют мельчайшие впадинки и неровности поверхности металла, сглаживают их, тем самым уменьшая трение, а может быть, эти частички просто перекатываются между соприкасающимися поверхностями, как шарики. В чем тут дело, еще не вполне понятно, но установлено, что летучие вещества уменьшают трение. Трение между слегка загрязненными гладкими поверхностями часто бывает меньше, чем между чистыми.

Особенно резко уменьшается сила трения скольжения, когда трущиеся поверхности смазывают маслом. Вязкое масло заполняет все неровности, затягивает поверхность металла сплошной пленкой. В таком случае происходит уже не движение металла по металлу, а движение одной масляной пленки, приставшей к трущейся поверхности, по другой, приставшей к противоположной поверхности. Сила трения скольжения при этом резко уменьшается.

В качестве смазочного вещества не всегда употребляют масло, для этой цели иногда годятся и другие жидкости: вода, ртуть, растворы мыла и т. п. Твердые вещества, измельченные в тончайший порошок, могут образовывать так называемую сухую смазку. Для этого часто применяют графитовую пыль.