Реакція жорсткої закладення
Для простоти розглянемо балку і навантаження в одній площині. Якщо відкинути жорстку закладення як зв'язок, то ми повинні ввести сили реакції. До частини балки при звільненні її від закладення в стіні прикладені розподілені сили. Якщо ці сили замінити елементарними зосередженими силами і потім привести їх до точки А. то в точці А отримаємо силу (головний вектор елементарних зосереджених сил) і пару сил з моментом (головний момент відносно точки А елементарних сил). Момент називається моментом закладення.
При русі або прагненні рухати одне тіло по поверхні іншого через шорсткості поверхонь тіл в дотичній площині поверхонь дотику виникає сила тертя ковзання.
Якщо одне тіло котиться або прагне котитися по поверхні іншого тіла, то крім сили тертя ковзання через деформацію поверхонь тіл додатково виникає пара сил, що перешкоджає коченню.
Нехай на тіло діє плоска система зовнішніх сил і тіло знаходиться в рівновазі щодо інерціальної системи відліку, стикаючись з поверхнею іншого тіла, що є зв'язком для розглянутого тіла. Якщо поверхні дотичних тіл абсолютно гладкі і тіла абсолютно тверді, то реакція поверхні зв'язку спрямована по нормалі до загальної дотичної в точці дотику і напрямок реакції в цьому випадку не залежить від діючих на тіло зовнішніх сил. Від зовнішніх прикладених сил залежить тільки величина сили реакції.
Насправді, абсолютно гладких поверхонь і абсолютно твердих тіл не буває. Всі поверхні тіл в тій чи іншій мірі шорсткі і все тіла деформованість. У зв'язку з цим і сила реакції шорсткою поверхні, навіть при відсутності деформації, при рівновазі тіла залежить від зовнішніх активних сил не тільки за величиною, а й у напрямку.
Якщо силу реакції шорсткою поверхні розкласти на складові, одна з яких спрямована по загальній нормалі до поверхні зіткнення, а інша знаходиться в дотичній площині до цих поверхонь, то складова сили реакції є силою тертя ковзання, а складова нормальною реакцією.
У теоретичній механіці розглядається тільки сухе тертя між поверхнями тіл, при якому між ними немає змащуючого речовини. Для сухого тертя слід розрізняти треніескольженія при спокої або рівновазі тіла і тертя ковзання при русі одного тіла по поверхні іншого з деякою відносною швидкістю.
При спокої сила тертя залежить тільки від зовнішніх активних сил. При обраному напрямку дотичної в точці дотику поверхонь тіл сила тертя визначається залежністю
Аналогічно, при вибраному напрямку нормалі нормальна реакція виражається через задані зовнішні сили
У 1781 р Кулон встановив основні наближені закони для сухого тертя ковзання. Надалі закони Кулона багаторазово перевірялися іншими дослідниками. Але ці закони наближено підтверджувалися в випадках, коли шорсткість була невелика і поверхні тіл не вдавлювалися один в одного. Закони Кулона можна встановити за допомогою приладу, схема якого наведена на малюнку.
На цьому приладі можна змінювати нормальний тиск. змінюючи силу тяжіння гирі. Змінюючи силу тяжіння гир Q, можна змінювати силу, яка прагне рухати розглянуте тіло уздовж поверхні іншого тіла, що є зв'язком.
Очевидно, що якщо Q = 0, то тіло знаходиться в рівновазі і сила тертя в цьому випадку дорівнює нулю. Якщо силу збільшувати (при цьому тіло не ковзає по поверхні зв'язку), то за умовою рівноваги виникла сила тертя врівноважує силу тяжіння гир Q. Нормальна реакція N дорівнює нормальному тиску Р. Збільшуючи силу Q при одному і тому ж нормальному тиску, можна досягти і такого положення, коли мізерно мале подальше збільшення сили Q виведе тіло з рівноваги, змушуючи його ковзати по поверхні зв'язку. Очевидно, буде досягнуто граничне положення, при якому сила тертя стала найбільшою і не може врівноважувати силу Q при її подальше збільшення.
Змінюючи силу нормального тиску, можна досліджувати, як змінюється при цьому гранична сила тертя. Можна також дослідити вплив площі зіткнення тіл на граничну силу тертя, зберігаючи при цьому величину нормального тиску, а також вплив матеріалу тіл, характер обробки поверхонь та інших факторів. Такі досліди дозволяють перевірити закони Кулона для сухого тертя ковзання. Через вологості чисто сухого тертя не буває.
1. Величина сили тертя ковзання змінюється в межах
Вона не залежить від шорсткості всередині інтервалу зміни, а залежить тільки від прикладених зовнішніх активних сил. Від шорсткості залежить інтервал (0,) зміни сили тре-ня. Сила тертя в дотичній площині зіткнення тіл спрямована проти можливого або реального ковзання. Мак-мально значення сили тертя досягається в момент виходу тулуба з положення рівноваги.
2. Максимальна сила тертя ковзання при інших рівних умов не залежить від площі зіткнення тертьових пове-рхностей.
3. Максимальна сила тертя ковзання пропорційна нор-мальної реакції (нормальному тиску), т. Е.
де безрозмірний коефіцієнт f називається коефіцієнтом тре-ня ковзання. Цей коефіцієнт не залежить від нормального тиску-ня.
4. Коефіцієнт тертя ковзання залежить від матеріалу і фі-зического стану поверхонь, що труться, тобто від величини і характеру шорсткості, температури, вологості та інших умов. Коефіцієнт тертя ковзання в залежності від різних умов встановлюється експериментально. Коефіцієнт тертя ковзання практично не залежить від відносної швидкості ковзання тіла по поверхні. Проте зі збільшенням швидкості цей коефіцієнт плавно убуває, за винятком тертя шкіри про металу, коли коефіцієнт навпаки зростає.