До сих пор мы говорили о "сухом" трении, т.
е. о трении, возникающем при соприкосновении твердых предметов. Но и
плавающие, и летающие тела также подвержены действию сил трения.
Меняется источник трения - сухое трение заменяется "мокрым".
Сопротивление, которое испытывает
движущееся в воде или воздухе тело, подчиняется иным закономерностям,
существенно отличным от законов сухого трения, о которых мы говорили
выше.
Правила поведения жидкости и газа в
отношении трения не различаются. Поэтому все сказанное ниже относится в
равной степени и к жидкостям, и к газам. Если мы для краткости будем
говорить ниже о "жидкости", сказанное будет относиться в равной степени и
к газам.
Одно из отличий "мокрого" трения от сухого
заключается в отсутствии трения покоя - сдвинуть с места висящий в воде
или воздухе предмет можно, вообще говоря, сколь угодно малой силой. Что
же касается силы трения, испытываемой движущимся телом, то она зависит
от скорости движения, от формы и размеров тела и от свойств жидкости
(газа). Изучение движения тел в жидкостях и газах показало, что нет
единого закона для "мокрого" трения, а имеются два разных закона: один -
верный при малых, а другой - при больших скоростях движения. Наличие
двух законов означает, что при больших и малых скоростях движения
твердых тел в жидкостях и газах обтекание средой движущегося в ней тела
происходит по-разному.
При малых скоростях движения сила сопротивления прямо пропорциональна скорости движения и размеру тела:
F ~ υL.
Как надо понимать пропорциональность
размеру, если не сказано, о какой форме тела идет речь? Это значит, что
для двух тел, вполше подобных по форме (т. е. таких, все размеры которых
находятся в одинаковом отношении), силы сопротивления относятся так же,
как линейные размеры тел.
Величина сопротивления в огромной степени
зависит от свойств жидкости. Сравнивая силы трения, которые испытывают
одинаковые предметы, движущиеся с одинаковыми скоростями в разных
средах, увидим, что тела испытывают тем большую силу сопротивления, чем
более густой, или, как говорят, чем более вязкой будет среда. Поэтому
трение, о котором идет речь, уместно назвать вязким трением. Вполне
понятно, что воздух создает незначительное вязкое трение, примерно раз в
60 меньше, чем вода. Жидкости могут быть "негустые", как вода, и очень
вязкие, как сметана или мед.
О степени вязкости жидкости можно судить
либо по быстроте падения в ней твердых тел, либо по быстроте выливания
жидкости из отверстий.
Вода выльется из пол-литровой воронки за
несколько секунд. Очень вязкая жидкость будет вытекать из нее часами, а
то и днями. Можно привести пример и еще более вязких жидкостей. Геологи
обратили внимание, что в кратере некоторых вулканов на внутренних
склонах в скоплениях лавы встречаются шаровидные куски. На первый взгляд
совершенно непонятно, как внутри Кратера мог образоваться такой шар из
лавы. Это непонятно, если говорить о лаве как о твердом теле. Если же
лава ведет себя как жидкость, то она будет вытекать из воронки кратера
каплями, как и любая другая жидкость. Но только одна капля образуется не
за долю секунды, а за десятилетия. Когда капля станет очень тяжелой,
она оторвется и "капнет" на дно кратера вулкана.
Из этого примера ясно, что не следует
ставить на одну доску настоящие твердые тела и аморфные тела, которые,
как мы знаем, много более похожи на жидкость, чем на кристаллы. Лава -
как раз такое аморфное тело. Оно кажется твердым, но па самом деле это
очень вязкая жидкость.
Как вы думаете, сургуч - твердое тело?
Возьмите две пробки, положите их на дно двух чашек. В одну налейте
какую-нибудь расплавленную соль (например, селитру - ее легко достать), а
в другую чашку с пробкой налейте сургуч. Обе жидкости застынут и
погребут пробки. Поставьте эти чашки в шкаф и надолго забудьте о них.
Через несколько месяцев вы увидите разницу между сургучом и солью.
Пробка, забитая солью, по-прежнему будет покоиться на дне сосуда. А
пробка залитая сургучом, окажется наверху. Как же это произошло? Очень
просто: пробка всплыла совсем так,; как она всплывает в воде. Разница
лишь во времени; когда силы вязкого трения малы, пробка всплывает вверх
мгновенно, а в очень вязких жидкостях всплывание продолжается месяцами. |