Ученые говорят, что человек тратит 10-12 % усилий на борьбу с силой трения и избавление от последствий ее действия. Казалось бы, уберем силу трения и резко снизятся потери энергии. Но в действительности далеко не все так просто. Давайте представим, что произойдет, если гипотетически на Земле исчезнет сила трения.
Выходите вы такой ранним утром из своего обычного дома на улицу, где уже нет трения, и что видите? Первым делом вы хорошо приложитесь пятой точкой или затылком, как повезет, о землю, потому что силы трения между ботинками и вашим крыльцом уже нет. А что вы думали? Идеальный гололед.
Упав, вы начнете скользить по поверхности в направлении наклона улицы. Вместе с вами по улице будут катиться ваши соседи, дворовые собаки, мусорные контейнеры и автомобили. Все, что не вкопано глубоко и прочно в землю.
Попав в «карман» из каких-нибудь надежно закрепленных конструкций, откуда некуда катиться, вся ваша дружная компания остановится. Но представьте, какая куча-мала будет в этом месте? Более того — это будет трагедия, ведь против летящего автомобиля или любого другого большого предмета у вас мало шансов. А встать и убежать вы просто не в состоянии. Возможно, нас выручили бы присоски, но не факт.
Что говорят физики по этому поводу:
1. Любые средства передвижения, будь то велосипед, автобус или электричка, не смогут остановиться, а стоящий на месте транспорт не сможет двинуться с места.
2. Ваш ребенок не сможет научиться играть на скрипке, контрабасе, виолончели или альте, просто потому, что смычок не сможет больше извлечь звук из этих музыкальных инструментов. Это самое безобидное последствие отсутствия силы трения.
3. Шнурки вы тоже больше не сможете завязать, потому что всевозможные узлы мгновенно развяжутся.
4. Мы перестанем вешать картины и полки на стены, потому что гвозди и саморезы просто будут выскальзывать из них. Сами по себе будут раскручиваться гайки. Шурупы и болты, закрученные вверх, выкрутятся под собственным весом или весом прикрепленных к ним конструкций. Представляете, сколько всего свалится на землю с высоты?
5. В горах начнутся камнепады и массовые сходы лавин. Вследствие вращения планеты пока непонятно, как будут вести себя океаны и моря. Возможно они просто равномерно тонким слоем размажутся по поверхности всей планеты?
Как видите, без силы трения в мире воцарит хаос. Мы забудем о тишине, потому что звуки станут бесконечно отражаться от оставшихся препятствий. Будут дуть постоянные ветра. Вещи будут выскальзывать из рук. Да и не только из рук. Всё будет падать, скользить и катиться, пока предметы не окажутся на одном уровне.
В конце концов, если исчезнет трение, наша планета превратится в идеально ровный, гладкий шар примерно такой же формы, которую принимают жидкости в условиях невесомости. Хорошо бы избавиться от силы трения, но только частично, в нужных местах.
Агаян В., Хазен И. Что произойдет, если исчезнет трение? //Квант. - 1990. - № 5. - С. 50-53.
По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"
Как показывают оценки, на преодоление трения и его разрушительных последствий человечество тратит примерно 5-10 % всей совершаемой им работы. Если же трение исчезнет, то в машинах, станках, двигателях и других различных устройствах, участвующих в современных производственных процессах, уменьшатся потери энергии, износ, шум.
Но, вместе с тем, если исчезнет трение, то.... наступит хаос. Движущиеся поезда, автомобили, велосипеды, трамваи не смогут остановиться, а покоящиеся - не смогут тронуться с места. Беспомощно будут барахтаться пешеходы, сползая вместе с припаркованными автомобилями и другими предметами по уклонам улиц. Развяжутся узлы на всех нитках и веревках. Сами собой начнут раскручиваться гайки и выпадать шурупы. Обвиснут струны роялей, гитар. Смычки перестанут извлекать звуки из скрипок, альтов, виолончелей...
Но может ли исчезнуть трение? Что значит «трение отсутствует»? Что такое, наконец, сила трения? Об этом и пойдет речь в заметке.
Как известно, сила трения (точнее - сила сухого трения) F определяется коэффициентом трения k , зависящим от рода веществ, из которых сделаны трущиеся тела, и качества обработки их поверхностей, и силой N нормального давления одного тела на другое:
\(~F = kN\) .
Представим себе, что у всех окружающих нас тел любой малый участок поверхности абсолютно гладкий, т. е. k i = 0. Тогда при любой величине силы N i , действующей на этот участок, N i = 0. Очевидно, что это и означало бы, что трение как свойство вещества исчезло.
Однако оказывается, что даже если трение как свойство вещества исчезнет, сила трения между телами, тем не менее, может проявляться. Для того чтобы это пояснить, рассмотрим пример.
Изготовим из вещества, не обладающего трением, два тела, у которых соприкасающиеся поверхности имеют одинаковые бороздки с сечением в виде равнобедренных треугольников с углом при основании α , длиной основания 2l и высотой h (рис. 1). Пусть масса верхнего тела равна m и, соответственно, сила нормального давления верхнего тела на нижнее равна N = mg . Приложим к верхнему телу вдоль горизонтальной плоскости, «осредняющей» бороздки, силу F и будем пытаться с помощью этой силы медленно сдвинуть верхнее тело относительно нижнего. Понятно, что когда верхнее тело переместится по горизонтали на величину l , его центр тяжести поднимется на высоту h и тело приобретет потенциальную энергию
\(~E_p = mgh\) .
При этом сила F совершит работу
\(~A = Fl\) .
Согласно закону сохранения механической энергии,
\(~E_p = A\), или \(~mgh = Fl\) ,
\(~F = \frac hl mg\) .
Обозначим отношение \(~\frac hl\) через k , учтем, что mg = N , и получим
\(~F = kN\) .
Отсюда видно, что для того чтобы в условиях отсутствия трения одно тело начало движение по поверхности другого, надо приложить силу, величина которой определяется точно так же, как и величина силы трения.
Таким образом, предположение о том, что трение как свойство вещества исчезло, не привело к исчезновению силы трения. При этом коэффициент трения оказывается зависящим только от геометрических параметров неровностей на поверхности соприкасающихся тел.
Безусловно, всем хорошо известна задача, в которой смысл коэффициента трения иллюстрируется с помощью наклонной плоскости и находящегося на ней тела. Если менять угол наклона плоскости к горизонту, начиная от нуля, то коэффициент трения будет равен тангенсу такого угла α 0 , при котором лежащее на плоскости тело начнет соскальзывать. Но и в рассмотренном нами идеализированном примере отсутствия трения как свойства вещества движение тела на наклонной плоскости начинается с углов α 0 , для которых \(~\operatorname{tg} \alpha_0 = \frac hl\) (рис. 2). Значит, опять коэффициент трения равен тангенсу угла наклона поверхности контакта тел, при котором одно тело начинает движение по поверхности другого.
Вернемся, однако, к нашему первому примеру (см. рис. 1). В действительности сила трения существует не только в начале движения, поэтому рассмотрим, что будет происходить с нашими идеальными телами, когда их взаимное перемещение по горизонтали станет больше l . Верхнее тело, поднявшись на гребень бороздки, начнет опускаться вниз, его потенциальная энергия будет переходить в кинетическую, а в конце спуска произойдет удар о восходящую грань следующей бороздки. Если при этом опять окажется возможным полное преобразование кинетической энергии в потенциальную, т. е. будет возможен подъем верхнего тела на гребень следующей бороздки, то дальнейшее движение верхнего тела сможет осуществляться без приложения дополнительной силы. А это и будет означать, что сила трения исчезла. Если же этого не произойдет, то, несмотря на полное отсутствие трения как свойства вещества, сила трения сохранится.
Рассмотрим подробнее изменение скорости верхнего тела при ударе о грань следующей бороздки (рис. 3). Будем считать, что условия идеальные и при ударе нет потерь энергии (т. е. происходит абсолютно упругий удар). В таком случае справедлив известный закон: угол падения равен углу отражения; при этом углы отсчитываются от перпендикуляра к поверхности, с которой происходит соударение, т. е. от перпендикуляра к восходящей грани бороздки в нашем случае (см. углы γ на рисунке 3).
Обозначим скорость в конце спуска через \(~\vec \upsilon_1\) (она направлена вдоль плоскости спуска с бороздки), а скорость после удара - через \(~\vec \upsilon_2\). Разложим эти скорости на составляющие вдоль осей X и Y , направленных по горизонтали и по вертикали соответственно ):
\(~\begin{matrix} \upsilon_{1x} = \upsilon_1 \cos \alpha, \upsilon_{1y} = \upsilon_1 \sin \alpha \\ \upsilon_{2x} = \upsilon_2 \cos \varphi, \upsilon_{2y} = \upsilon_2 \sin \varphi \end{matrix}\) .
Из рисунка 3 найдем соотношение между углами α и φ :
\(~\begin{matrix} \varphi = \pi - \alpha - 2\gamma \\ \gamma = \pi - \frac{\pi}{2} - 2\alpha = \frac{\pi}{2} - 2\alpha \end{matrix}\) ,
\(~\varphi = 3 \alpha\) .
Воспользуемся известными из справочников формулами тригонометрии
\(~\begin{matrix} \cos 3 \alpha = 4 \cos^3 \alpha - 3 \cos \alpha \\ \sin 3 \alpha = -4 \sin^3 \alpha + 3 \sin \alpha \\ \cos^2 \alpha + \sin^2 \alpha = 1 \end{matrix}\)
и запишем отношения соответствующих проекций скоростей после удара и до него:
\(~\begin{matrix} \frac{\upsilon_{2x}}{\upsilon_{1x}} = \frac{\cos 3 \alpha}{\cos \alpha} = 1 - 4 \sin^2 \alpha \\ \frac{\upsilon_{2y}}{\upsilon_{1y}} = \frac{\sin 3 \alpha}{\sin \alpha} = -(1 - 4 \cos^2 \alpha) \end{matrix}\) .
В условиях сохранения энергии верхнее тело после удара о нижнее поднимется в точности на гребень следующей бороздки только в том случае, если вектор скорости \(~\vec \upsilon_2\) будет направлен вверх по плоскости бороздки, а величина скорости останется такой же, как и до удара. Этому отвечает условие
\(~\frac{\upsilon_{2x}}{\upsilon_{1x}} = 1\) и \(~\frac{\upsilon_{2y}}{\upsilon_{1y}} = -1\).
Но, в силу приведенных выше формул, это возможно только при α = 0, т. е. когда поверхности соприкасающихся тел абсолютно гладкие, без всяких бороздок! Во всех остальных случаях невозможно полное преобразование кинетической энергии в потенциальную такое, чтобы затем верхнее тело могло неограниченно продолжать свое движение без приложения внешней силы. Если, например, \(~\frac{\upsilon_{2x}}{\upsilon_{1x}} = 1 - 4 \sin^2 \alpha < 0\), т. е. \(~\alpha > \frac{\pi}{6}\), то компонента υ 2x направлена навстречу движению, поэтому сила F должна не только компенсировать потери кинетической энергии при ее преобразовании в потенциальную, но и совершать работу, большую, чем в начале движения.
Из рассмотренного примера возникает парадоксальный вывод: если трение как свойство вещества и может исчезнуть, то это не приведет к исчезновению силы трения, включая и ее характерную особенность - различие в величине силы трения в начале движения и при его продолжении. Останутся также и такие сопутствующие трению явления, как шум из-за ударов неровностей друг о друга и разрушение поверхностей тел (если, например, сломать выступы бороздок окажется легче, чем подняться по ним вверх). Наконец, самое интересное следствие состоит в том, что сохраняется зависимость силы трения между телами от того, из какого вещества они изготовлены, так как при одинаковом способе механической обработки поверхностей форма неровностей для разных веществ может быть различной.
Творчество учащихся.
Сборник сочинений учащихся 7-Б класса
"Если бы не было силы трения."
Я думаю, если бы не было силы трения, наш мир был бы совершенно другим.
Во-первых, неизбежно изменились бы и все природные процессы: формирование ландшафта, климата, материков и океанов. Возможно, и весь животный и растительный мир был бы совершенно другим. Человеческий организм сильно бы отличался от нашего. Скорее всего, мы имели бы совершенно другое строение скелета, внутренних органов и кожных покровов. У человека были бы другие приспособления для передвижения по скользкой Земле. Мы могли бы оттолкнуться от подъезда дома и скользить до самой школы, не останавливаясь. Вот только как бы мы остановились? Возможно, нас выручали бы присоски. Иначе выглядело бы все: наши города — жилища и все постройки в городе, транспорт - машины и механизмы, топливо, дороги, одежда. Навряд ли мы смогли бы в этих существах узнать самих себя.
Во-вторых, в природе не может быть пробелов. Я думаю, если бы не было силы трения, её бы заменила другая сила, и человечество приспособилось бы жить на планете без силы трения.
Обыкновенный день. Люди после сна начинают свой обыкновенный образ жизни. Кто собирается на работу, кто в школу, кто останется дома и будет смотреть телевизор. Но вдруг, по непонятной причине, на Земле исчезла сила трения. Люди перестали нормально передвигаться. На перекрестках образовались страшные аварии, потому что машины не смогли затормозить. Теперь на Земле невозможно ходить, ездить на машинах, кататься на велосипедах, и даже летать самолетами. А на санках, роликах или коньках теперь вообще невозможно ездить. Если как-то и удастся поехать, то навряд ли будет так просто остановиться.
Еще страшно то, что в любую минуту на нашу Землю может лететь метеорит. Ведь если будет сила трения, то метеорит будет тормозиться, и постепенно сгорать в атмосфере, а удар по Земле будет в несколько раз слабее.
Может быть, на Землю и не полетит никакой метеорит. Все обойдется. Тогда на Землю будет падать так называемый космический мусор: остатки от спутников, или ракет, которые недавно взлетели, а если была бы сила трения, то большая часть мусора сгорела бы в атмосфере.
В общем, если на Земле не было бы силы трения, то человечество не шагнуло бы так далеко вперед. А если сила трения исчезнет сейчас, то навряд ли кому-то удастся по-прежнему так хорошо жить, или вообще существовать на нашей планете Земля.
Если бы на Земле не было силы трения, то мы бы не ходили, а безостановочно скользили, как на катке.
Не было бы одежды, ведь крючки и петли вязаных вещей держаться за счёт силы трения, да даже если бы и была, то на теле не держалась. Нельзя было бы пользоваться транспортом: машинами, автобусами, велосипедами - колёса просто вертелись бы на месте. Гвозди не держались бы в стенах и шкафах, соответственно, не было бы домов. И вообще, мне кажется, что наша планета не существовала бы.
Как же нам всем надоела эта сила трения! Из-за нее нам постоянно приходится покупать новую обувь, новые колеса, бесконечное количество запчастей на автомобиль. Да и просто мешает постоянно, куда ни посмотри. Как было бы хорошо, если бы она совсем исчезла! А если подумать, на самом ли деле стало бы лучше? Представим такую картину.
Выходим мы утром из нашей пока еще обычной квартиры на улицу, где нет трения, и что видим? Первым делом мы хорошо приложимся затылком о землю, потому что трения между подошвой ботинок и землей больше нет. Идеальный гололед, чего ж еще мы ожидали? После падения мы начнем все быстрее скользить по направлению наклона улицы, если только не попадем в «карман» из каких-нибудь конструкций, откуда просто нет возможности скатиться. Кроме нас, по улице будет катиться все, что прочно не закреплено, то есть не вкопано в землю. Это все люди, животные, мусорные баки и сам мусор, автомобили... Представляете, какая свалка будет в том месте, где это все найдет наконец-то препятствие? Мало того, это будет трагедия, ведь людей будет просто убивать налетающими на них большими предметами, а встать и убежать они будут просто не в состоянии.
Допустим, докатились мы до прочно стоящего автомобиля, прижатого к стене, забрались туда. Поехали... Не тут-то было! Даже если отбросить тот факт, что сцепление автомобиля работает на силе трения, чтобы передавать крутящий момент на ведущий мост, мы все - равно не сможем ехать. Колеса будут крутиться, а автомобиль будет стоять на месте в силу своей инерции. Так что тут-то мы и застрянем.
Что еще может произойти без силы трения? Например, все узлы развяжутся, а применяют их не только на шнурках, но и в некоторых вполне серьезных конструкциях. Шуруп или болт, закрученный вверх, под действием своего или прикрепленного к нему веса самостоятельно вывернется. Можно представить, сколько всего обрушится на землю - может быть, даже наш автомобиль, на котором мы собирались ехать, или соседний дом. С гор скатятся все камни и сойдут все лавины. Вследствие вращения Земли непонятно, как поведут себя моря и океаны - может они просто размажутся равномерно по всей поверхности планеты? А может быть, мы бы до сих пор жили в пещерах, ведь огонь получается с помощью трения?
Всего этого не происходит благодаря силе трения. Да, человек борется с нею всеми способами, но только там, где она не нужна. Бывают случаи, когда мы сами ее увеличиваем. Простейший пример -увеличенные протекторы на ботинках или шипованная резина на автомобиле.
Однако всего этого не произойдет все-таки по одной простой причине - любые поверхности не идеальны. Любая имеет впадины и выемки, в основном довольно крупные. Поэтому даже при полном исчезновении силы трения, эти неровности частично ее заменят. Они сыграют роль «крючков», для преодоления сопротивления которых потребуется приложить некоторую силу. Эта сила сопоставима с силой трения. Поэтому мы все-таки имеем шанс не скатиться вниз по улице, если только не надели идеально гладкую одежду.
Конечно, хорошо бы избавиться от силы трения, но только частично, в нужных местах. Совсем не обязательно бросаться в крайности и убирать что-то совсем. К чему это может привести, мы уже видели.
Исчезла сила трения, и мир превратился в огромный каток, остановиться было бы невозможно, люди были бы в вечном непрекращающемся и очень быстром движении, а также все предметы, сделанные человеком, распались на простые составляющие. Допустим, гвоздь можно было бы достать пальцами, вечно летал бы самолет. Исчезло бы всё: музыка, искусство, наука и даже города. Поэтому мы можем радоваться, что сила трения все же существует и мы можем всем этим пользоваться.
Если бы не было силы трения,
Не остановились бы мы
Ни на мгновение.
Вечно летал бы самолет.
А вдруг он куда пропадет?
На светофоре красный свет
Сейчас загорится. Если бы не было силы трения,
Пора тормозить. А не тормозится!
Не избежали бы мы столкновения.
Сила трения важна!
Сила трения нужна!
Если будет сила трения -
Избежим мы разрушения.
Если б не было силы трения -
Вся Земля тогда бы,
Без сомнения,
Стала бы ледяным катком,
И вместе с ней
Все дома плясали бы весь день.
В далёком волшебном королевстве жили физические законы и их подданные - физические термины. Правила этой страной королева Фюзис, а главным её помощником был Квадратный Корень. Простые жители этого королевства назывались простыми, легко запоминающими именами: Санти, Тяга, Плотность и другие. Как-то раз жительница страны Сила Трения, заметив, что её стали забывать, решила прослыть великой. Она пустила слух, что спасла котёнка от свирепого дракона, но не привлекла этим ничьего внимания. Тогда эта особа стала рассказывать, что если бы её не стало, всем пришлось бы очень-очень туго. Жители тут же заинтересовались, и слух дошёл до королевы:- Немедленно доставьте её ко мне! И через час Сила Трения была доставлена в замок.
И как ты посмела говорить, что без тебя всем будет плохо? Королева велела сослать Силу Трения подальше от королевства. На следующее утро у всех жителей из рук стали выскальзывать предметы, женщины не могли уложить причёски, а ходить стало совсем невозможно. Все поскальзывались на ровном месте и просто ползали. Те, кто доползал до карет, пытались уехать, но кареты не двигались.
Тем временем в далёкой деревне в дальнем королевстве очень спокойный образ жизни вела Сила Трения, нашедшая новую подругу кошку Молекулу. В королевстве же Фюзис стоял страшнейший переполох, и королева, испугавшись, направила Квадратный Корень за сосланной Силой Трения.
Милочка, мы, к счастью, поняли, что без Вас нам не прожить, и просим вернуться. А если Вам прямо так хочется прослыть великой, Вы можете стать актрисой в нашем театре. Сила Трения обрадовалась и решила возвратиться. И больше про неё никогда и никто не забывал.
Сказка о потерянном трении.
«Как же быстро пролетели каникулы…». С этой мыслью я медленно и неохотно завязывал шнурки на ботинках. На кухне мама, чиркнув спичкой, зажгла газ и стала готовить завтрак. Я, наконец-то усмирив никак не застёгивающийся ремень, вошёл на кухню, поел и пошёл в школу. Первым уроком у меня была физика. Сергей Михайлович рассказывал нам про силу трения, но первые минут 10 от урока я проспал. И тут в моей голове поселился вопрос, а что будет, если не будет этой самой силы трения! Я поднял руку и спросил: «Сергей Михайлович! А что будет, если сила трения исчезнет?». Учитель с хитрой улыбкой сказал мне: « Егор, а зайди-ка ты ко мне после уроков». Я опустился на стул и принялся дальше слушать. В этот день уроки тянулись медленно, но вот, наконец, долгожданный звонок с последнего урока. Я договорился с Лешкой встретится через 2 часа на Соборке и покататься на ледянках с горы. Ребята направились в раздевалку, а я в кабинет физики, где меня уже ждал Сергей Михайлович.
Я вошёл в кабинет, учитель сидел и что то писал в небольшом блокноте. «А, Егор!»,- сказал он, «проходи, проходи, я тебя уже заждался». Он указал на стул, я послушно сел. На столе стоял какой то громоздкий, непонятной формы, прибор. Поймав мой взгляд, учитель сказал: «Это волшебный антитренин. Он поможет нам узнать ответ на твой вопрос». Сергей Михайлович нажал на большую красную кнопку. Прибор зашумел, из него повалил дым и искры….
Я очнулся около Соборной горы, а на меня летел автомобиль. Я замер на месте, но потом, опомнившись, решил отпрыгнуть в сторону, но, не тут-то было. Под моими ногами не было льда, но ноги скользили, я упал и пытался отползти. С огромным трудом я увернулся от автомобиля. Мой взгляд скользнул по горке, Лешка пытался взобраться на горку, но попытки не увенчались успехом, он просто полз, как по зеркальному полу. Мы так замерзли, ползая по холодному снегу, что с трудом встретившись, решили разжечь костер и согреться. Но, о, ужас!!! Спички ласково чиркали по коробку и выпадали у нас из рук. Шнурки на моих ботинках не завязывались, скользили и не держали узлов, ремень свалился и от легкого дуновения ветра улетел куда-то в снежную даль. Наши шапки упали. Мы медленно замерзали. Мимо по шоссе мчались автобусы, которые не могли затормозить, обалдевшие пассажиры летали по салону, автобус не мог остановиться, а они не могли удержаться на ногах и схватиться за поручни. Мы с Лешкой в ужасе лежали на снегу, боясь пошевелиться, чтобы не начать двигаться и начинали превращаться в сосульки. «Егор! Не спи, замерзнешь!» О, чей же это такой родной голос?
…Ничего не произошло, я немного приоткрыл глаза и огляделся, около меня, как всегда улыбаясь, стоял Сергей Михайлович. У меня пропал дар речи, я стоял с открытым ртом и непонимающе смотрел на учителя. Он сказал: «Видишь Егор, если бы не было силы трения, то санки бы не смогли остановиться, машина не смогла бы затормозить, спички не зажглись - бы и т.д.
Я всё ещё не мог сказать ни слова, а Сергей Михайлович хлопнул ладонями и всё исчезло.
«Вы волшебник?» - спросил я тихим шепотом.
«Я физик!» - хитро улыбаясь, ответил Сергей Михайлович.
Однажды, жила-была девочка Надя. Она очень любила кататься на коньках и на санках. Ей очень нравился лёд и снег, она любила зиму. В школе они проходили силу трения. И тут Надя подумала: "Как здорово было бы, если бы не было силы трения."
После уроков Надя как обычно шла, не торопясь домой, как вдруг-толчок, она упала, понеслась вперёд, как по льду. Вначале ей это понравилось, но потом она увидела, что начали случаться аварии одна за другой. Машины сбивали людей и сами сталкивались. Постепенно происходили взрывы. Учёные, профессора думали, как это всё остановить, но никто не знал. Вскоре начали рушиться дома, затем города, затем страны. Но никто не мог помочь. Что делать? Надя поняла, что это всё она натворила. Она пожелала, чтобы всё встало на свои места. Так всё и случилось. Затем, когда она пришла домой, она села за уроки. По физике им задали писать сочинение на тему "Мир без силы трения". Девочка обрадовалась, теперь ей есть что рассказать. =)
Как же нам всем надоела эта сила трения! Из-за нее нам постоянно приходится покупать новую обувь, новые колеса, бесконечное количество запчастей на автомобиль. Да и просто мешает постоянно, куда ни посмотри. Как было бы хорошо, если бы она совсем исчезла! А если подумать, на самом ли деле стало бы лучше? Представим такую картину.
Выходим мы утром из нашей пока еще обычной квартиры на улицу, где нет трения, и что видим? Первым делом мы хорошо приложимся затылком о землю, потому что трения между подошвой ботинок и землей больше нет. Идеальный гололед, чего ж еще мы ожидали? После падения мы начнем все быстрее скользить по направлению наклона улицы, если только не попадем в «карман» из каких-нибудь конструкций, откуда просто нет возможности скатиться. Кроме нас, по улице будет катиться все, что прочно не закреплено, то есть не вкопано в землю. Это все люди, животные, мусорные баки и сам мусор, автомобили… Представляете, какая свалка будет в том месте, где это все найдет наконец-то препятствие? Мало того, это будет трагедия, ведь людей будет просто убивать налетающими на них большими предметами, а встать и убежать они будут просто не в состоянии.
Допустим, докатились мы до прочно стоящего автомобиля, прижатого к стене, забрались туда. Поехали… Не тут–то было! Даже если отбросить тот факт, что сцепление автомобиля работает на силе трения, чтобы передавать крутящий момент на ведущий мост, мы все - равно не сможем ехать. Колеса будут крутиться, а автомобиль будет стоять на месте в силу своей инерции. Так что тут-то мы и застрянем.
Что еще может произойти без силы трения? Например, все узлы развяжутся, а применяют их не только на шнурках, но и в некоторых вполне серьезных конструкциях. Шуруп или болт, закрученный вверх, под действием своего или прикрепленного к нему веса самостоятельно вывернется. Можно представить, сколько всего обрушится на землю – может быть, даже наш автомобиль, на котором мы собирались ехать, или соседний дом. С гор скатятся все камни и сойдут все лавины. Вследствии вращения Земли непонятно, как поведут себя моря и океаны – может они просто размажутся равномерно по всей поверхности планеты? А может быть, мы бы до сих пор жили в пещерах, ведь огонь получается с помощью трения?
Всего этого не происходит благодаря силе трения. Да, человек борется с нею всеми способами, но только там, где она не нужна. Бывают случаи, когда мы сами ее увеличиваем. Простейший пример – увеличенные протекторы на ботинках или шипованная резина на автомобиле.
Однако всего этого не произойдет все-таки по одной простой причине – любые поверхности не идеальны. Любая имеет впадины и выемки, в основном довольно крупные. Поэтому даже при полном исчезновении силы трения, эти неровности частично ее заменят. Они сыграют роль «крючков», для преодоления сопротивления которых потребуется приложить некоторую силу. Эта сила сопоставима с силой трения. Поэтому мы все-таки имеем шанс не скатиться вниз по улице, если только не надели идеально гладкую одежду.
Конечно, хорошо бы избавиться от силы трения, но только частично, в нужных местах. Совсем не обязательно бросаться в крайности и убирать что-то совсем. К чему это может привести, мы уже видели.
Вы видите, как разнообразно и порой неожиданно проявляется трение в окружающей нас обстановке. Трение принимает участие, и притом весьма существенное, там, где мы о нем даже и не подозреваем. Если бы трение внезапно исчезло из мира, множество обычных явлений протекало бы совершенно иным образом.
Очень красочно пишет о роли трения французский физик Гильом:
«Всем нам случалось выходить в гололедицу: сколько усилий стоило нам удерживаться от падения, сколько смешных движений приходилось нам проделывать, чтобы устоять! Это заставляет нас признать, что обычно земля, по которой мы ходим, обладает драгоценным свойством, благодаря которому мы сохраняем равновесие без особых усилий. Та же мысль возникает у нас, когда мы едем на велосипеде по скользкой мостовой или когда лошадь скользит по асфальту и падает. Изучая подобные явления, мы приходим к открытию тех следствий, к которым приводит трение. Инженеры стремятся по возможности устранить его в машинах – и хорошо делают. В прикладной механике о трении говорится как о крайне нежелательном явлении, и это правильно, – однако лишь в узкой, специальной области. Во всех прочих случаях мы должны быть благодарны трению: оно дает нам возможность ходить, сидеть и работать без опасения, что книги и чернильница упадут на пол, что стол будет скользить, пока не упрется в угол, а перо выскользнет из пальцев.
Трение представляет настолько распространенное явление, что нам, за редкими исключениями, не приходится призывать его на помощь: оно является к нам само.
Трение способствует устойчивости. Плотники выравнивают пол так, что столы и стулья остаются там, куда их поставили. Блюда, тарелки, стаканы, поставленные на стол, остаются неподвижными без особых забот с нашей стороны, если только дело не происходит на пароходе во время качки.
Вообразим, что трение может быть устранено совершенно. Тогда никакие тела, будь они величиною с каменную глыбу или малы, как песчинки, никогда не удержатся одно на другом: все будет скользить и катиться, пока не окажется на одном уровне. Не будь трения, Земля представляла бы шар без неровностей, подобно жидкому».
К этому можно прибавить, что при отсутствии трения гвозди и винты выскальзывали бы из стен, ни одной вещи нельзя было бы удержать в руках, никакой вихрь никогда бы не прекращался, никакой звук не умолкал бы, а звучал бы бесконечным эхом, неослабно отражаясь, например, от стен комнаты.
Наглядный урок, убеждающий нас в огромной важности трения, дает нам всякий раз гололедица. Застигнутые ею на улице, мы оказываемся беспомощными и все время рискуем упасть. Вот поучительная выдержка из газеты (декабрь 1927 г.):
«Лондон, 21. Вследствие сильной гололедицы уличное и трамвайное движение в Лондоне заметно затруднено. Около 1400 человек поступило в больницы с переломами рук, ног и т. д.».
«При столкновении вблизи Гайд-Парка трех автомобилей и двух трамвайных вагонов машины были совершенно уничтожены из-за взрыва бензина…»
«Париж, 21. Гололедица в Париже и его пригородах вызвала многочисленные несчастные случаи…»
Однако ничтожное трение на льду может быть успешно использовано технически. Уже обыкновенные сани служат тому примером. Еще лучше свидетельствуют об этом так называемые ледяные дороги, которые устраивали для вывозки леса с места рубки к железной дороге или к пунктам сплава. На такой дороге, имеющей гладкие ледяные рельсы, две лошади тащат сани, нагруженные 70 тоннами бревен.
Вверху – нагруженные сани на ледяной дороге; две лошади везут 70 тонн груза.
Внизу – ледяная дорога; А – колея; B – полоз; С – уплотненный снег; D – земляное основание дороги.
