"Репка» — по
народным мотивам
сказка для
юных физиков
о силе трения покоя, механизме ее
возникновения, величине и направлении.
Посадил дед репку. Выросла репка
большая-пребольшая, тяжелая-претяжелая,
разрослась она во все стороны, грунт потеснила. Потому-то
очень плотный контакт у ее клубня с
почвой получился, во все мельчайшие
трещины и выступы земля проникла.
Пошел дед репку рвать. Тянет- потянет —
вытянуть не может. Силы ему не
хватает: упирается репка,
неровностями и выступами за землю
цепляется, своему движению
противится. Местами зазор между репкой и участками почвы
порядка радиуса действия молекулярных
сил оказывается. Там слипание частичек
грунта с репкой происходит, перемещению репки относительно земли оно препятствует.
Позвал
дед бабку. Бабка за дедку,
дедка за репку, тянут-потянут—
вытянуть не могут: крепко
утолщенно - округленный корень в грунте держится. Сила
тяжести его к земле
прижимает. Нет, и вдвоем им не справиться.
Позвала бабка внучку. Внучка за бабку, бабка за дедку, дедка
за репку,
тянут-потянут — вытянуть не могут: все еще их общая
сила тяги меньше той предельной силы, которая
по поверхности соприкосновения репы
с землей возникает. Силой трения покоя она называется. Вызвана
внешней силой, но всегда против внешней
силы и направлена. Неоднозначна эта
сила — многолика. В широких пределах
меняться может: от нуля до
определенного максимального
значения... Видно, еще не наступило
это максимальное значение.
Позвала внучка Жучку. Жучка четырьмя лапами в землю уперлась. Между лапами и землей тоже сила
трения покоя возникает. Помогает эта сила Жучке так же, как деду, бабке и внучке. Не будь этой силы, не
смогли бы они упереться, по земле
скользили бы, проскальзывали. Жучка за внучку, внучка за бабку, бабка за дедку, дедка за репку, тянут -
потянут — вытянуть не могут. А на самом деле на микроны уже
сдвинулась репка. Величина этих микроперемещений
пропорциональна приложенной силе и от свойств самого
грунта зависит. А слипание репки с
землей и упругие деформации сдвига
почвы и микровыступов самой репки при попытке ее вытянуть
к росту силы упругости почвы приводят.
А эта возникшая сила упругости почвы, по существу, и есть сила трения покоя.
Не дает она никак вытянуть репку.
Позвала Жучка кошку.
Кошка за Жучку, Жучка
за внучку, внучка за
бабку, бабка за дедку, тянут-потянут
— вытянуть не могут: на самую
малость, но все же меньше внешняя сила
оказалась, чем максимально возможное значение силы трения покоя.
Позвала кошка мышку. Мышка за кошку, кошка за Жучку,
Жучка за внучку, внучка
за бабку, бабка за
дедку, тянут-потянут — вытащили репку.
Только не подумайте, что маленькая
мышка сильнее всех оказалась! Сколько тех сил у маленькой мышки!
Но ее маленькая сила к общей силе тяги
добавилась, и теперь результирующая сила даже превысила несколько
максимальное значение величины силы трения покоя: больше силы трения скольжения
стала. Возникли необратимые относительные
перемещения. «Живая цепочка»—от деда до мышки — репку вытянула, а сама... упала! Больше
приложенная сила, чем сила трения скольжения репки о грунт оказалась.
Вот в сторону большей силы все и
упали. Но это... уже другая сказка.
А теперь для самостоятельных
размышлений
предлагаются 10 простых
вопросов, проще «пареной репы»:
