"ПРО ТЕРТЯ В ПРИРОДІ ТА ТЕХНІЦІ"

Про тертя в природі та техніці

            Як мудро все влаштовано в нашому світі! Кожна тварина використовує силу тертя для того, щоб швидше рухатися, міцніше тримати здобич. При цьому вирішуючи важливу задачу його регулювання. Адже тертя не завжди наш помічник, в багатьох випадках з ним доводиться боротися. 

            Тертя зустрічається буквально на кожному кроці, без нього і кроку не зробиш. Тримаю ручку в руці - тертя, стоять на столі всякі предмети, що не зісковзують - тертя; цвяхи тримають полицю з книгами, не вилазять із стіни - тертя. Хоч куди кинеш свій погляд, кругом тертя, тертя, тертя ...

            Якби тертя раптово зникло зі світу, безліч звичайних явищ протікало б зовсім іншим чином.

            В природі та техніці тертя має велике значення. Тертя може бути корисним та шкідливим. Коли воно корисне, його намагаються збільшити, коли шкідливе – зменшити.

            Усім нам траплялося виходити в ожеледицю: скільки зусиль варто було нам утриматися від падіння, скільки смішних рухів доводилося нам проробляти, щоб встояти! Це змушує нас визнати, що зазвичай земля, по якій ми ходимо, володіє дорогоцінною властивістю, завдяки якій ми зберігаємо рівновагу без особливих зусиль.

Та ж думка виникає у нас, коли ми їдемо на велосипеді по слизькій бруківці або коли кінь ковзає по асфальту і падає. Вивчаючи подібні явища, ми приходимо до відкриття тих наслідків, до яких призводить тертя.

Інженери прагнуть по можливості усунути його в машинах - і добре роблять. У прикладній механіці про тертя йдеться як про вкрай небажане явище, і це правильно, - проте лише вузької, спеціальної області. У всіх інших випадках ми повинні бути вдячні тертю: воно дає нам можливість ходити, сидіти і працювати без побоювання, що книги впадуть на підлогу, що стіл буде ковзати, поки не упреться в кут, а ручка вислизне з пальців. Тертя сприяє стійкості. Теслярі вирівнюють підлогу так, що столи і стільці залишаються там, куди їх поставили. Страви, тарілки, склянки, поставлені на стіл, залишаються нерухомими без особливих турбот з нашої сторони, якщо тільки справа не відбувається на пароплаві під час хитавиці. Уявімо, що тертя може бути усунуте цілком. Тоді ніякі тіла, будь вони завбільшки з кам'яну брилу або малі, як піщинки, ніколи не втримаються одне на інше: все буде ковзати і котитися, поки не виявиться на одному рівні. Якби не було тертя, Земля була б куля без нерівностей, подібно рідкому тілу.

Сила тертя зупиняє автомобіль при гальмуванні, та без тертя спокою він не зміг би і розпочати рух. Колеса, обертаючись, ковзали б, а автомобіль продовжував би стояти на місці, буксути. Щоб збільшити тертя, поверхню шин у автомобіля роблять з ребристими виступами. Взимку, коли дорога буває особливо слизькою, її посипають піском, спеціальними реагентами або очищують від снігу.

В тих випадках коли тертя є шкідливим з ним приходиться боротися. Наприклад, у всіх машинах через тертя нагріваються та зношуються рухомі частини. Для зменшення тертя дотичні поверхні роблять гладкими, між ними вводять мастило. Тому замість тертя двох твердих поверхонь при мастилі виникає внутрішнє тертя рідини, яке значно менше зовнішнього тертя двох твердих поверхонь. Застосування мастильних масел зменшує тертя в 8-10 разів. Типовий приклад значення мастила представляє біг ковзанярі на ковзанах. У результаті дії сили з боку ковзанярі на ніж коника сніг тане і під коником з'являється вода, яка знову замерзає, після того як пробіг ковзаняр і зник тиск. Однак у механізмах вода для змащення не годиться, оскільки внаслідок малої в'язкості вона видушувалася б із зазору нерівностей між поверхнями, що труться.

            Тертя гальмує рух; на подолання тертя всіх видів витрачається величезна кількість цінного палива. Тертя викликає знос тертьових поверхонь: стираються підошви, шини автомобілів, деталі машин.

У житті багатьох рослин тертя відіграє позитивну роль. Наприклад, ліани, хміль, горох, боби та інші виткі рослини завдяки тертю можуть чіплятися за що знаходяться поблизу опори, утримуються на них і тягнуться до світла. Між опорою і стеблом виникають досить велике тертя, тому що стебла багаторазово обвивають опори і дуже щільно прилягають до них.

Таким рослинам, як реп'ях, тертя допомагає поширювати насіння, що мають колючки з невеликими гачками на кінцях. Ці колючки зачіпляються за шерсть тварин і разом з ними переміщаються. Насіння ж гороху, горіхи завдяки своїй кулястій формі і малому тертю кочення переміщуються легко самі.

У багатьох живих організмів існують пристосування, завдяки яким тертя виходить невеликим при русі в одному напрямку і різко збільшується при русі в зворотному напрямку. Це, наприклад, шерсть і лусочки, що ростуть похило до поверхні шкіри. На цьому принципі засновано рух дощового черв'яка. Щетинки, спрямовані назад, вільно пропускають тіло хробака вперед, але гальмують зворотний рух. При подовженні тіла головна частина просувається вперед, а хвостова залишається на місці, при скороченні головна частина затримується, а хвостова підтягується до неї.

Щоб збільшити зчеплення з грунтом, стовбурами дерев, на кінцівках тварин є цілий ряд різних пристосувань: кігті, гострі краї копит, шипи, тіло плазунів покрито горбками і лусочками. Всі вони мають жорстку поверхню для збільшення тертя. При дії органів руху у тварин і людини тертя проявляється як корисна сила.

            Організми багатьох живих істот пристосувалися до тертя, навчилися його зменшувати або збільшувати. Тіло риб має обтічну форму і покрито слизом, що дозволяє їм розвивати при плаванні велику швидкість. Щетинистий покрив моржів, тюленів, морських левів допомагає їм пересуватися по суші і крижинах.

У тварин і людини утворюють суглоб кістки не торкаються один одного; вони покриті суглобовим хрящем, який виконує роль буфера між кістковими поверхнями, а по краях хряща прикріплюється синовіальна оболонка, в якій є рідина, яка зменшує тертя між суглобовими поверхнями. Проблема тертя і зношування в суглобах вирішена природою на такому рівні, про який інженери - трибологи можуть поки тільки мріяти. Щоденні навантаження, наприклад, в тазостегновому суглобі людини перевищують тисячу ньютонів при стрибках, а тертя і зношування практично відсутня. В результаті безвідмовна робота протягом усього життя!

При дії ж органів руху у тварин і людини тертя проявляється як корисна сила.

Колись щоб добути вогонь, люди брали гостру дерев'яну паличку, упирали її в дерев'яний брусок і швидко обертали. При достатній завзятості через деякий час у місці тертя з'являвся дим, починалося тління і займання утворилися тирси і підкладеного, наприклад, сухого моху. Часті невдачі при витяганні вогню тертям дерево об дерево пояснювалися недостатньою сухістю деревини.

Інший спосіб добування вогню - висікання іскор, і теж супроводжується тертям! Можна отримувати вогонь, завдаючи по твердому каменю удари якимось металевим предметом, наприклад, ножем. Такий пристрій з витягання вогню існувало з давніх часів і пізніше стало називатися «кресало».

Кресало - це пристосування для отримання вогню, що широко застосовувалося до появи сірників. Воно складається з кресала, «кременя» і трута.

Кресало (від слова «різати») являє собою смужку сталі з рискою, необхідної для відколювання від кременя дрібних частинок. При цьому температура підвищується до 900-1100 ° С, і розігріті частинки спалахують. Це схоже на шліфування сталевого предмета на точильному камені, коли навколо утворюється сніп іскор.

Американські астронавти члени екіпажу «Аполлон - 12» Ч. Конрад і А. Бін розповідали, що по Місяцю ходити легко, але вони часто втрачали рівновагу, тому що навіть при легкому нахилі вперед можна було впасти. Стійкість ходьби людини визначається силою тертя між підошвою взуття і грунтом. Оскільки сила тяжіння на Місяці в шість разів менше, ніж на Землі, то і сила тертя теж зменшується в шість разів, а сила м'язів така ж, як і на Землі. Це все одно, що на Землі стати в шість разів сильніше. Ходьба відразу перетвориться на стрибки, і стійкість загубиться.

Отже, ми з вами живемо на унікальній планеті – Земля, яка дає нам невичерпний набір явищ, що робить наше життя повноцінним, наповненим різноманіттям та багатим на враження та відчуття, які підвладно відчути лише землянам.