Трение – это сила, возникающая при движении одного тела относительно другого. Одним из важных видов трения является трение качения и скольжения.
Трение качения возникает, когда одно тело катится по поверхности другого. Это явление имеет несколько преимуществ перед трением скольжения. Во-первых, трение качения гораздо меньше, чем трение скольжения. Это означает, что при качении тела требуется меньше силы для поддержания движения.
Почему же трение качения меньше? Прежде всего, это связано с особенностями контакта между движущимися поверхностями. Во время качения тела, точки контакта между ним и поверхностью перемещаются постоянно вдоль поверхности. На каждой точке контакта действует небольшая нормальная сила и сила трения, направленные противоположно друг другу.
Однако, наблюдается значительное влияние геометрии тела. Округленные формы тел и их особенности поверхности приводят к меньшему контакту между движущимся телом и поверхностью, что снижает натяжение и силу трения в этом контакте. Это объясняет, почему трение качения меньше трения скольжения.
Чем обусловлено меньшее трение в случае качения по сравнению со скольжением?
Однако, при качении тела по поверхности трение обычно оказывается меньше, чем при скольжении. Это обусловлено несколькими факторами.
Во-первых, при качении происходит многократный контакт между движущимся телом и поверхностью, что позволяет распределить трение равномерно по всей площади контакта. В результате этого распределения трение оказывается меньше, чем в случае скольжения, где контакт происходит только в узких точках.
Во-вторых, при качении происходит деформация поверхности тела и поверхности, по которой оно катится, что приводит к образованию микроскопических неровностей, которые смещаются по мере движения тела. Эти неровности действуют как преграда для скольжения и помогают уменьшить трение.
В-третьих, при качении возникает пониженное сопротивление между атомами и молекулами тела и поверхности, что связано с тем, что при качении не происходит разделения и перемешивания элементов соприкосающихся поверхностей, как это происходит при скольжении.
И наконец, при качении, вследствие большего количества воздействующей силы, поверхностное трение оказывается меньше по сравнению со скольжением, что является результатом эффекта роликов и ползунов. Таким образом, все эти факторы объясняют, почему трение качения меньше, чем трение скольжения.
Различия в контактной области
В случае трения качения, при движении тела по поверхности, контактная область представляет собой небольшую точечную площадку. Это происходит из-за того, что между движущимся телом и поверхностью образуется небольшой круглый контакт, в результате чего соприкосновение происходит только в точке этого круга.
В то время как при трении скольжения, контактная область значительно больше, охватывая значительную площадь поверхности тела, которое движется по другой поверхности. В этом случае трение возникает за счет взаимного взаимодействия молекул поверхности и молекул тела. Естественно, что более широкая контактная область влечет за собой большее трение, чем небольшая контактная точка.
Кроме того, в контактной области при трении качения возникает меньше ожоговых повреждений, так как только некоторые точки тела могут испытывать значительную радиальную нагрузку, а не все его поверхности, как при трении скольжения.
Таким образом, различия в контактной области между трением качения и трением скольжения определяют, почему трение качения меньше и более эффективно во многих ситуациях.