Між рухомими тілами в площині їхнього зіткнення виникає сила тертя ковзання. Обумовлено це перш за все шорсткістю дотичних поверхонь і наявністю зчеплення у притиснутих тел.
В інженерних розрахунках зазвичай користуються встановленими дослідним шляхом закономірностями, які з деякою мірою точності відображають дію сили тертя. Ці закономірності називають законами тертя ковзання (Кулона). Їх можна сформулювати наступним чином.
1. При прагненні зрушити одне тіло відносно іншого в площині їхнього зіткнення виникає сила тертя F. модуль якої може приймати будь-які значення від нуля до Fmax, т. Е.. Сила тертя прикладена до тіла і спрямована в бік, протилежний можливого напрямку швидкості точки прикладання сили.
2. Максимальна сила тертя дорівнює добутку коефіцієнта тертя f на силу нормального тиску N:.
Коефіцієнт тертя f - безрозмірна величина, що залежить від матеріалів і стану поверхонь дотичних тіл (шорсткість, температура, вологість і т. П.). Визначають його дослідним шляхом.
Розрізняють коефіцієнти тертя спокою і тертя ковзання, причому останній, як правило, залежить і від швидкості ковзання. Коефіцієнт тертя спокою відповідає такій
максимальній силі тертя Fmax, при якій є граничний стан рівноваги. Найменше збільшення зовнішніх сил може викликати рух. Коефіцієнт тертя спокою, як правило, трохи більше коефіцієнта тертя ковзання. Зі збільшенням швидкості ковзання значення коефіцієнта тертя ковзання спочатку незначно зменшується, а потім залишається практично незмінним. Значення коефіцієнтів тертя для деяких пар тертя наступні: дерево по дереву 0,4-0,7; метал по металу 0,15-0,25; сталь по льоду 0,027.
3. Максимальна сила тертя в досить широких межах не залежить від площі дотичних поверхонь.
Силу тертя ковзання іноді називають силою сухого тертя.
Реакція шорсткою поверхності.Угол тертя.
Реакція ідеально гладкій поверхні, як уже говорилося вище, спрямована по нормалі до поверхні. На шорсткою поверхні можуть виникати сили тертя ковзання. Тому реакцію шорсткою поверхні представимо у вигляді двох складових: нормальної реакції N (дорівнює по модулю силі нормального тиску) і перпендикулярній їй сили тертя F.
Повна реакція R = N + F завжди відхилена від нормалі до поверхні на деякий кут "альфа". На малюнку видно, що. Якщо тіло лежить на горизонтальній шорсткій поверхні і на нього не діють ніякі зовнішні сили, крім сили тяжіння, то F = 0, а повна реакція R = N і перпендикулярна опорної поверхні. Приклавши до тіла силу F1, ми прагнемо викликати його рух, але воно не відбувається, так як виникає сила тертя F = -F1, причому. Зі збільшенням сили F1 буде зростати і сила F. Нарешті, при F1 = Fmax настане граничний стан рівноваги, при якому повна реакція R відхилиться від вертикалі на кут "альфа" max, називаемийуглом тертя. Позначивши його через "фе", отримаємо.
Тангенс кута тертя дорівнює коефіцієнту тертя. Повна реакція неідеальної зв'язку при рівновазі має напрямок в межах кута тертя.
Розглянемо рівновагу невагомого тіла на горизонтальній шорсткою площині під дією похилій сили F1, яка прагне його зрушити.
Тіло буде зрушено лише тоді, коли> Fmax =. Граничного нагоди рівноваги відповідає такий кут
нахилу a, при якому виконується рівність =. або tg # 945; = F. Якщо tg # 945;<=f. то как бы не возрастала сила F1, тело сдвинуть с места невозможно. Возрастающей сдвигающей силе будет противостоять пропорционально ей увеличивающаяся сила трения .
Повертаючи навколо вертикалі вектор сили F1 і зберігаючи при цьому гранична рівновага, опишемо конус, званий конусом тертя. Якщо властивості дотичних поверхонь у всіх напрямках однакові, то кут а буде постійним, а конус тертя круговим. Конус тертя володіє тим дивовижну властивість, що якщо діюча на тіло сила знаходиться всередині нього, то тіло завжди буде знаходитися в рівновазі. Цим пояснюються відомі явища заклинювання, або самоторможения тел.