Непотенциальные силы

Силы, действующие на материальную точку, или тело, называются непотенциальными (диссипативными) если работа этих сил зависит от пути перемещения точки (тела). Примером непотенциальных сил являются силы трения и сопротивления.

Природа сил трения может быть различной, но в результате их действия всегда происхо­дит превращение механической энергии во внутреннюю энергию тру­щихся тел, т. е. в энергию теплового движения их частиц. Рассмотрим виды трения, которые сопровождают движение тел.

Внутренним трением(вязкостью) называют явление, которое состоит в возникновении касательных сил, препятствующих переме-щению частей одного и того же тела по отношению друг к другу (например, трение в жидкостях и газах). При этом превращение механической энергии во внутреннюю происходит во всех точках объема тела.

Внешним трениемназывают явление, заключающееся ввозникновении в месте контакта двух соприкасающихся твердых тел касательных сил, которые препятствуют относительному перемещению этих тел. Пример – трение скольжения или трение качения.

Трение скольжения возникает между телами, движущимися относительно друг друга, например, при движении тела по наклонной плоскости (рис. 3-2). Экспериментально установлено, что сила трения скольжения F ск подчиняется закону:

F ск=μN, (3.19)

где μ - коэффициент трения скольжения, зависящий отприроды и состояния соприкасающихся поверхностей (в частности, от их шероховатости); коэффициент трения скольжения, N - сила нормального давления. Коэффициент трения скольжения зависит от материала тел и состояния их соприкасающихся поверхностей. Он также: зависит от скорости движения. Трение скольжения обусловлено сопротивлением из-за зацепления микронеровностей на соприкасающихся поверхностях.

Рис.3-2

Причина возникновения трения качения состоит в том, что при качении по плоской поверхности кругового цилиндра или шара возникает деформация поверхности. Из-за деформации точкаприложения силы реак­ции поверхности несколько смещается вперед, а линия действия этой силы отклоняется от вертикали назад (рис. 3-3). Нормальная составляю­щая реакции равна , а касательная составляющая является силой трения качения.

Рис.3-3

При равномерном качении сила трения качения компенсируется силой тяги, а сила реакции направлена вдоль прямой АО. Поэтому, момент этой силы относительно оси симметрии О катящегося тела равен нулю. Если r - радиус катящегося тела (цилиндра или шара), а fк - величина смещения точки А приложения реакции , то из условия равенства нулю момента силы относи­тельно оси Оследует формула:

, (3.20)

которая носит название закона Кулона для трения качения.