Техника - молодёжи 1977-03, страница 21

ДВИЖЕНИЯ?

ровностям другого, то англичанин И. Дезагюлье в своем учебнике физики выдвинул идею молекулярного сцепления трущихся поверхностей. На основании его теории напрашивается весьма парадоксальный вывод: с уменьшением неровностей коэффициент трения должен возрастать. В действительности так оно и есть. Сглаживание поверхностей приводит к уменьшению расстояния между молекулами, а это, в свою очередь, увеличивает силу межмолекулярного взаимодействия. К сожалению, гипотеза Дезагюлье была забыта. И лишь спустя 100 лет появилась заметка Марселя Брилюэна, в которой рассматривалось трение твердых тел позиции межмолеку-пярного взаимодействия.

К началу двадцатого века в науке о трении окончательно наметился переход от механистических представлений к молекулярному пониманию этого сложного и противоречивого явления.

К тому времени новым отраслям техники требовалось все больше хорошо обработанных деталей. Но вот беда: поверхности с высокой степенью чистоты не очень-то хотели скользить друг по другу!

В 1919 году английский физик Гар-ди ставит эксперимент со скольжением часовых стекол по стеклянной поверхности. Анализируя полученные результаты, Гарди приходит к выводу, что скольжение совершенно чистых поверхностей сопровождается «схватыванием» за счет молекулярного взаимодействия. Чтобы этого избежать, необходимо в место контакта вводить смазку. Трение в этом случае обусловлено только сопротивлением течению жидкости, — в зазоре оно уже, так сказать, не внутреннего, а внешнего происхождения.

Соотечественник Гарди, Томлин-сон, создал теорию сухого трения, также основанную на молекулярном притяжении и отталкивании. Именно потому, что атомы и молекулы притягиваются на большом удалении и отталкиваются на малом, и существуют твердые тела; их атомы скреплены воедино взаимным притяжением, но держатся все же на расстоянии друг от друга. При движении двух соприкасающихся тел всегда найдутся молекулы, которые попадут в область действия отталкивающих сил. В результате они вынуждены будут разойтись, а энергия, расходуемая на такие передвижения, и есть потери на трение.

2*

Советский исследователь Б. Деря-гин, как и А. Томлинсон, объясняет потери на трение при движении действием молекулярных сил в области контакта. Учитывая эти силы, Деря-гин видоизменил закон Амонтона — Кулона, введя два новых понятия: фактической площади соприкосновения и равнодействующей молекулярного притяжения на единице площади истинного контакта. Исследователи трения долгое время расходились во мнении, зависит ли сила трения от площади или нет. Формула Дерягина положила конец спорам: теперь можно смело утверждать, что зависит, но не от номинальной э от фактической площади соприкосновения.

В связи с мощным развитием ракетной техники потребовались надежные механизмы для поворота антенн, ориентации солнечных батарей, стыковки и расстыковки орбитальных кораблей, безотказно работающие в космическом пространстве. Смазочные масла, применяемые на Земле, там не годились. Попав в глубокий вакуум, они испарялись и разлагались под действием радиации, а оголенные, или, как их называют, ювенильные, поверхности металла «схватывались».

Чтобы представить, как происходит схватывание и каковы его последствия, совсем не обязательно иметь под руками вакуумную установку или штурмовать космические

Рис. 1. Схема эксперимента Леонардо да Винчи: тела тип. обладая одинаковым весом, имеют разные площади контакта с поверхностью опоры. На стр. 18 приведены рисунки великого ученого, сделанные им при исследовании природы трения.

Рис. 2. Схема вакуумной камеры, в которой под действием облучения был получен эффект аномально низкого трения.

1 — пучок электронов; 2 — ин-дентор с измерительной аппаратурой;

3 — вакуумная камера; 4 — испытуемый диск; 5 — азотный экран.

Рис. 3. Поверхность металла, «облепленная» молекулами газа в обычных условиях (а) и в вакууме (б).

1 — первичная объемная структура металла;

2 — зона деформированного ме-талла;

3 — слои окислов металла;

4 —- адсорбционные слои газов;

5 — адсорбционные слои воды;

6 адсорбционные слои полярных молекул органических веществ (смазки).

Рис. 4. Силы, действующие на тело при движении по плоскости.

F — сила, с которой тянут тело;

N — реанция опоры;

Т — сила трения;

R — суммарная сила, возникающая под действием Т и N.

777