Если бы не было силы трения, мы бы всё время двигались. Гуляя, не могли бы рассмотреть ту или иную вещь. Машины не могли бы остановиться на красный свет, также как и люди. Мы не могли бы спокойно посидеть посмотреть телевизор, а ночью поспать. Точнее мы могли бы всё это делать, но при этом постоянно двигались, скользили бы как на льду.
Если бы трение внезапно исчезло из мира, множество обычных явлений протекало бы совершенно иным образом.
Очень красочно пишет о роли трения французский физик Гильом:

«Всем нам случалось выходить в гололедицу; сколько усилий стоило нам удерживаться от падения, сколько смешных движений приходилось нам проделать, чтобы устоять! Это заставляет нас признать, что обычно земля, по которой мы ходим, обладает драгоценным свойством, благодаря которому мы сохраняем равновесие без особых усилий. Та же мысль возникает у нас, когда мы едем на велосипеде по скользкой мостовой или когда лошадь скользит по асфальту и падает. Изучая подобные явления, мы приходим к открытию тех следствий, к которым приводит трение. Инженеры стремятся по возможности устранить его в машинах – и хорошо делают. В прикладной механике о трении говорится как о крайне нежелательном явлении, и это правильно, - однако лишь в узкой специальной области. Во всех прочих случаях мы должны быть благодарны трению: оно даёт нам возможность ходить, сидеть и работать без опасения, что книги и чернильница упадут на пол, что стол будет скользить, пока не упрётся в угол, а перо выскальзывать из пальцев.

Вообразим, что трение может быть устранено совершенно. Тогда никакие тела, будь они величиною с каменную глыбу или малы, как песчинки, никогда не удержатся одно на другом: всё будет скользить и катиться, пока не окажется на одном уровне. Не будь трения, Земля представляла бы шар без неровностей, подобно жидкому» .
этому можно прибавить, что при отсутствии трения гвозди и винты выскальзывали бы из стен, ни одной вещи нельзя было бы удержать в руках, никакой вихрь никогда бы не прекращался, никакой звук не умолкал бы, а звучал бы бесконечным эхом, неослабно отражаясь, например, от стен комнаты.

Представим себе на минуту, что Сила Трения внезапно исчезла: Окружающий нас мир стал бы совершенно иным. Мебель “гуляла бы” по комнате от легкого сквозняка, с гор сползли бы все ледники, все камни и даже земля лежащая на склонах. Даже самые спокойные из нас, учеников, не смогли бы усидеть за партами – при малейшем движении мы бы соскальзывали на пол. Все дома и другие конструкции рассыпались бы на составные части, так как все гвозди и шурупы выскочили бы. Многое себе можно представить. Например, я бы без Трения был бы лишен возможности слушать музыку, так как при движении смычка по струнам не издавался бы звук. Поэтому Трение покоя во многих случаях необходимо и выступает очень часто помощником человека.

Творчество учащихся.

Сборник сочинений учащихся 7-Б класса

"Если бы не было силы трения."

Я думаю, если бы не было силы трения, наш мир был бы совершенно другим.

Во-первых, неизбежно изменились бы и все природные процессы: формирование ландшафта, климата, материков и океанов. Возможно, и весь животный и растительный мир был бы совершенно другим. Человеческий организм сильно бы отличался от нашего. Скорее всего, мы имели бы совершенно другое строение скелета, внутренних органов и кожных покровов. У человека были бы другие приспособления для передвижения по скользкой Земле. Мы могли бы оттолкнуться от подъезда дома и скользить до самой школы, не останавливаясь. Вот только как бы мы остановились? Возможно, нас выручали бы присоски. Иначе выглядело бы все: наши города — жилища и все постройки в городе, транспорт - машины и механизмы, топливо, дороги, одежда. Навряд ли мы смогли бы в этих существах узнать самих себя.

Во-вторых, в природе не может быть пробелов. Я думаю, если бы не было силы трения, её бы заменила другая сила, и человечество приспособилось бы жить на планете без силы трения.

Обыкновенный день. Люди после сна начинают свой обыкновенный образ жизни. Кто собирается на работу, кто в школу, кто останется дома и будет смотреть телевизор. Но вдруг, по непонятной причине, на Земле исчезла сила трения. Люди перестали нормально передвигаться. На перекрестках образовались страшные аварии, потому что машины не смогли затормозить. Теперь на Земле невозможно ходить, ездить на машинах, кататься на велосипедах, и даже летать самолетами. А на санках, роликах или коньках теперь вообще невозможно ездить. Если как-то и удастся поехать, то навряд ли будет так просто остановиться.

Еще страшно то, что в любую минуту на нашу Землю может лететь метеорит. Ведь если будет сила трения, то метеорит будет тормозиться, и постепенно сгорать в атмосфере, а удар по Земле будет в несколько раз слабее.

Может быть, на Землю и не полетит никакой метеорит. Все обойдется. Тогда на Землю будет падать так называемый космический мусор: остатки от спутников, или ракет, которые недавно взлетели, а если была бы сила трения, то большая часть мусора сгорела бы в атмосфере.

В общем, если на Земле не было бы силы трения, то человечество не шагнуло бы так далеко вперед. А если сила трения исчезнет сейчас, то навряд ли кому-то удастся по-прежнему так хорошо жить, или вообще существовать на нашей планете Земля.

Если бы на Земле не было силы трения, то мы бы не ходили, а безостановочно скользили, как на катке.

Не было бы одежды, ведь крючки и петли вязаных вещей держаться за счёт силы трения, да даже если бы и была, то на теле не держалась. Нельзя было бы пользоваться транспортом: машинами, автобусами, велосипедами - колёса просто вертелись бы на месте. Гвозди не держались бы в стенах и шкафах, соответственно, не было бы домов. И вообще, мне кажется, что наша планета не существовала бы.

Как же нам всем надоела эта сила трения! Из-за нее нам постоянно приходится покупать новую обувь, новые колеса, бесконечное количество запчастей на автомобиль. Да и просто мешает постоянно, куда ни посмотри. Как было бы хорошо, если бы она совсем исчезла! А если подумать, на самом ли деле стало бы лучше? Представим такую картину.

Выходим мы утром из нашей пока еще обычной квартиры на улицу, где нет трения, и что видим? Первым делом мы хорошо приложимся затылком о землю, потому что трения между подошвой ботинок и землей больше нет. Идеальный гололед, чего ж еще мы ожидали? После падения мы начнем все быстрее скользить по направлению наклона улицы, если только не попадем в «карман» из каких-нибудь конструкций, откуда просто нет возможности скатиться. Кроме нас, по улице будет катиться все, что прочно не закреплено, то есть не вкопано в землю. Это все люди, животные, мусорные баки и сам мусор, автомобили... Представляете, какая свалка будет в том месте, где это все найдет наконец-то препятствие? Мало того, это будет трагедия, ведь людей будет просто убивать налетающими на них большими предметами, а встать и убежать они будут просто не в состоянии.

Допустим, докатились мы до прочно стоящего автомобиля, прижатого к стене, забрались туда. Поехали... Не тут-то было! Даже если отбросить тот факт, что сцепление автомобиля работает на силе трения, чтобы передавать крутящий момент на ведущий мост, мы все - равно не сможем ехать. Колеса будут крутиться, а автомобиль будет стоять на месте в силу своей инерции. Так что тут-то мы и застрянем.

Что еще может произойти без силы трения? Например, все узлы развяжутся, а применяют их не только на шнурках, но и в некоторых вполне серьезных конструкциях. Шуруп или болт, закрученный вверх, под действием своего или прикрепленного к нему веса самостоятельно вывернется. Можно представить, сколько всего обрушится на землю - может быть, даже наш автомобиль, на котором мы собирались ехать, или соседний дом. С гор скатятся все камни и сойдут все лавины. Вследствие вращения Земли непонятно, как поведут себя моря и океаны - может они просто размажутся равномерно по всей поверхности планеты? А может быть, мы бы до сих пор жили в пещерах, ведь огонь получается с помощью трения?

Всего этого не происходит благодаря силе трения. Да, человек борется с нею всеми способами, но только там, где она не нужна. Бывают случаи, когда мы сами ее увеличиваем. Простейший пример -увеличенные протекторы на ботинках или шипованная резина на автомобиле.

Однако всего этого не произойдет все-таки по одной простой причине - любые поверхности не идеальны. Любая имеет впадины и выемки, в основном довольно крупные. Поэтому даже при полном исчезновении силы трения, эти неровности частично ее заменят. Они сыграют роль «крючков», для преодоления сопротивления которых потребуется приложить некоторую силу. Эта сила сопоставима с силой трения. Поэтому мы все-таки имеем шанс не скатиться вниз по улице, если только не надели идеально гладкую одежду.

Конечно, хорошо бы избавиться от силы трения, но только частично, в нужных местах. Совсем не обязательно бросаться в крайности и убирать что-то совсем. К чему это может привести, мы уже видели.

Исчезла сила трения, и мир превратился в огромный каток, остановиться было бы невозможно, люди были бы в вечном непрекращающемся и очень быстром движении, а также все предметы, сделанные человеком, распались на простые составляющие. Допустим, гвоздь можно было бы достать пальцами, вечно летал бы самолет. Исчезло бы всё: музыка, искусство, наука и даже города. Поэтому мы можем радоваться, что сила трения все же существует и мы можем всем этим пользоваться.

Если бы не было силы трения,

Не остановились бы мы

Ни на мгновение.

Вечно летал бы самолет.

А вдруг он куда пропадет?

На светофоре красный свет

Сейчас загорится. Если бы не было силы трения,

Пора тормозить. А не тормозится!

Не избежали бы мы столкновения.

Сила трения важна!

Сила трения нужна!

Если будет сила трения -

Избежим мы разрушения.

Если б не было силы трения -

Вся Земля тогда бы,

Без сомнения,

Стала бы ледяным катком,

И вместе с ней

Все дома плясали бы весь день.

В далёком волшебном королевстве жили физические законы и их подданные - физические термины. Правила этой страной королева Фюзис, а главным её помощником был Квадратный Корень. Простые жители этого королевства назывались простыми, легко запоминающими именами: Санти, Тяга, Плотность и другие. Как-то раз жительница страны Сила Трения, заметив, что её стали забывать, решила прослыть великой. Она пустила слух, что спасла котёнка от свирепого дракона, но не привлекла этим ничьего внимания. Тогда эта особа стала рассказывать, что если бы её не стало, всем пришлось бы очень-очень туго. Жители тут же заинтересовались, и слух дошёл до королевы:- Немедленно доставьте её ко мне! И через час Сила Трения была доставлена в замок.

И как ты посмела говорить, что без тебя всем будет плохо? Королева велела сослать Силу Трения подальше от королевства. На следующее утро у всех жителей из рук стали выскальзывать предметы, женщины не могли уложить причёски, а ходить стало совсем невозможно. Все поскальзывались на ровном месте и просто ползали. Те, кто доползал до карет, пытались уехать, но кареты не двигались.

Тем временем в далёкой деревне в дальнем королевстве очень спокойный образ жизни вела Сила Трения, нашедшая новую подругу кошку Молекулу. В королевстве же Фюзис стоял страшнейший переполох, и королева, испугавшись, направила Квадратный Корень за сосланной Силой Трения.

Милочка, мы, к счастью, поняли, что без Вас нам не прожить, и просим вернуться. А если Вам прямо так хочется прослыть великой, Вы можете стать актрисой в нашем театре. Сила Трения обрадовалась и решила возвратиться. И больше про неё никогда и никто не забывал.

Сказка о потерянном трении.

«Как же быстро пролетели каникулы…». С этой мыслью я медленно и неохотно завязывал шнурки на ботинках. На кухне мама, чиркнув спичкой, зажгла газ и стала готовить завтрак. Я, наконец-то усмирив никак не застёгивающийся ремень, вошёл на кухню, поел и пошёл в школу. Первым уроком у меня была физика. Сергей Михайлович рассказывал нам про силу трения, но первые минут 10 от урока я проспал. И тут в моей голове поселился вопрос, а что будет, если не будет этой самой силы трения! Я поднял руку и спросил: «Сергей Михайлович! А что будет, если сила трения исчезнет?». Учитель с хитрой улыбкой сказал мне: « Егор, а зайди-ка ты ко мне после уроков». Я опустился на стул и принялся дальше слушать. В этот день уроки тянулись медленно, но вот, наконец, долгожданный звонок с последнего урока. Я договорился с Лешкой встретится через 2 часа на Соборке и покататься на ледянках с горы. Ребята направились в раздевалку, а я в кабинет физики, где меня уже ждал Сергей Михайлович.

Я вошёл в кабинет, учитель сидел и что то писал в небольшом блокноте. «А, Егор!»,- сказал он, «проходи, проходи, я тебя уже заждался». Он указал на стул, я послушно сел. На столе стоял какой то громоздкий, непонятной формы, прибор. Поймав мой взгляд, учитель сказал: «Это волшебный антитренин. Он поможет нам узнать ответ на твой вопрос». Сергей Михайлович нажал на большую красную кнопку. Прибор зашумел, из него повалил дым и искры….

Я очнулся около Соборной горы, а на меня летел автомобиль. Я замер на месте, но потом, опомнившись, решил отпрыгнуть в сторону, но, не тут-то было. Под моими ногами не было льда, но ноги скользили, я упал и пытался отползти. С огромным трудом я увернулся от автомобиля. Мой взгляд скользнул по горке, Лешка пытался взобраться на горку, но попытки не увенчались успехом, он просто полз, как по зеркальному полу. Мы так замерзли, ползая по холодному снегу, что с трудом встретившись, решили разжечь костер и согреться. Но, о, ужас!!! Спички ласково чиркали по коробку и выпадали у нас из рук. Шнурки на моих ботинках не завязывались, скользили и не держали узлов, ремень свалился и от легкого дуновения ветра улетел куда-то в снежную даль. Наши шапки упали. Мы медленно замерзали. Мимо по шоссе мчались автобусы, которые не могли затормозить, обалдевшие пассажиры летали по салону, автобус не мог остановиться, а они не могли удержаться на ногах и схватиться за поручни. Мы с Лешкой в ужасе лежали на снегу, боясь пошевелиться, чтобы не начать двигаться и начинали превращаться в сосульки. «Егор! Не спи, замерзнешь!» О, чей же это такой родной голос?

…Ничего не произошло, я немного приоткрыл глаза и огляделся, около меня, как всегда улыбаясь, стоял Сергей Михайлович. У меня пропал дар речи, я стоял с открытым ртом и непонимающе смотрел на учителя. Он сказал: «Видишь Егор, если бы не было силы трения, то санки бы не смогли остановиться, машина не смогла бы затормозить, спички не зажглись - бы и т.д.

Я всё ещё не мог сказать ни слова, а Сергей Михайлович хлопнул ладонями и всё исчезло.

«Вы волшебник?» - спросил я тихим шепотом.

«Я физик!» - хитро улыбаясь, ответил Сергей Михайлович.

Однажды, жила-была девочка Надя. Она очень любила кататься на коньках и на санках. Ей очень нравился лёд и снег, она любила зиму. В школе они проходили силу трения. И тут Надя подумала: "Как здорово было бы, если бы не было силы трения."

После уроков Надя как обычно шла, не торопясь домой, как вдруг-толчок, она упала, понеслась вперёд, как по льду. Вначале ей это понравилось, но потом она увидела, что начали случаться аварии одна за другой. Машины сбивали людей и сами сталкивались. Постепенно происходили взрывы. Учёные, профессора думали, как это всё остановить, но никто не знал. Вскоре начали рушиться дома, затем города, затем страны. Но никто не мог помочь. Что делать? Надя поняла, что это всё она натворила. Она пожелала, чтобы всё встало на свои места. Так всё и случилось. Затем, когда она пришла домой, она села за уроки. По физике им задали писать сочинение на тему "Мир без силы трения". Девочка обрадовалась, теперь ей есть что рассказать. =)

Агаян В., Хазен И. Что произойдет, если исчезнет трение? //Квант. - 1990. - № 5. - С. 50-53.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Как показывают оценки, на преодоление трения и его разрушительных последствий человечество тратит примерно 5-10 % всей совершаемой им работы. Если же трение исчезнет, то в машинах, станках, двигателях и других различных устройствах, участвующих в современных производственных процессах, уменьшатся потери энергии, износ, шум.

Но, вместе с тем, если исчезнет трение, то.... наступит хаос. Движущиеся поезда, автомобили, велосипеды, трамваи не смогут остановиться, а покоящиеся - не смогут тронуться с места. Беспомощно будут барахтаться пешеходы, сползая вместе с припаркованными автомобилями и другими предметами по уклонам улиц. Развяжутся узлы на всех нитках и веревках. Сами собой начнут раскручиваться гайки и выпадать шурупы. Обвиснут струны роялей, гитар. Смычки перестанут извлекать звуки из скрипок, альтов, виолончелей...

Но может ли исчезнуть трение? Что значит «трение отсутствует»? Что такое, наконец, сила трения? Об этом и пойдет речь в заметке.

Как известно, сила трения (точнее - сила сухого трения) F определяется коэффициентом трения k , зависящим от рода веществ, из которых сделаны трущиеся тела, и качества обработки их поверхностей, и силой N нормального давления одного тела на другое:

\(~F = kN\) .

Представим себе, что у всех окружающих нас тел любой малый участок поверхности абсолютно гладкий, т. е. k i = 0. Тогда при любой величине силы N i , действующей на этот участок, N i = 0. Очевидно, что это и означало бы, что трение как свойство вещества исчезло.

Однако оказывается, что даже если трение как свойство вещества исчезнет, сила трения между телами, тем не менее, может проявляться. Для того чтобы это пояснить, рассмотрим пример.

Изготовим из вещества, не обладающего трением, два тела, у которых соприкасающиеся поверхности имеют одинаковые бороздки с сечением в виде равнобедренных треугольников с углом при основании α , длиной основания 2l и высотой h (рис. 1). Пусть масса верхнего тела равна m и, соответственно, сила нормального давления верхнего тела на нижнее равна N = mg . Приложим к верхнему телу вдоль горизонтальной плоскости, «осредняющей» бороздки, силу F и будем пытаться с помощью этой силы медленно сдвинуть верхнее тело относительно нижнего. Понятно, что когда верхнее тело переместится по горизонтали на величину l , его центр тяжести поднимется на высоту h и тело приобретет потенциальную энергию

\(~E_p = mgh\) .

При этом сила F совершит работу

\(~A = Fl\) .

Согласно закону сохранения механической энергии,

\(~E_p = A\), или \(~mgh = Fl\) ,

\(~F = \frac hl mg\) .

Обозначим отношение \(~\frac hl\) через k , учтем, что mg = N , и получим

\(~F = kN\) .

Отсюда видно, что для того чтобы в условиях отсутствия трения одно тело начало движение по поверхности другого, надо приложить силу, величина которой определяется точно так же, как и величина силы трения.

Таким образом, предположение о том, что трение как свойство вещества исчезло, не привело к исчезновению силы трения. При этом коэффициент трения оказывается зависящим только от геометрических параметров неровностей на поверхности соприкасающихся тел.

Безусловно, всем хорошо известна задача, в которой смысл коэффициента трения иллюстрируется с помощью наклонной плоскости и находящегося на ней тела. Если менять угол наклона плоскости к горизонту, начиная от нуля, то коэффициент трения будет равен тангенсу такого угла α 0 , при котором лежащее на плоскости тело начнет соскальзывать. Но и в рассмотренном нами идеализированном примере отсутствия трения как свойства вещества движение тела на наклонной плоскости начинается с углов α 0 , для которых \(~\operatorname{tg} \alpha_0 = \frac hl\) (рис. 2). Значит, опять коэффициент трения равен тангенсу угла наклона поверхности контакта тел, при котором одно тело начинает движение по поверхности другого.

Вернемся, однако, к нашему первому примеру (см. рис. 1). В действительности сила трения существует не только в начале движения, поэтому рассмотрим, что будет происходить с нашими идеальными телами, когда их взаимное перемещение по горизонтали станет больше l . Верхнее тело, поднявшись на гребень бороздки, начнет опускаться вниз, его потенциальная энергия будет переходить в кинетическую, а в конце спуска произойдет удар о восходящую грань следующей бороздки. Если при этом опять окажется возможным полное преобразование кинетической энергии в потенциальную, т. е. будет возможен подъем верхнего тела на гребень следующей бороздки, то дальнейшее движение верхнего тела сможет осуществляться без приложения дополнительной силы. А это и будет означать, что сила трения исчезла. Если же этого не произойдет, то, несмотря на полное отсутствие трения как свойства вещества, сила трения сохранится.

Рассмотрим подробнее изменение скорости верхнего тела при ударе о грань следующей бороздки (рис. 3). Будем считать, что условия идеальные и при ударе нет потерь энергии (т. е. происходит абсолютно упругий удар). В таком случае справедлив известный закон: угол падения равен углу отражения; при этом углы отсчитываются от перпендикуляра к поверхности, с которой происходит соударение, т. е. от перпендикуляра к восходящей грани бороздки в нашем случае (см. углы γ на рисунке 3).

Обозначим скорость в конце спуска через \(~\vec \upsilon_1\) (она направлена вдоль плоскости спуска с бороздки), а скорость после удара - через \(~\vec \upsilon_2\). Разложим эти скорости на составляющие вдоль осей X и Y , направленных по горизонтали и по вертикали соответственно ):

\(~\begin{matrix} \upsilon_{1x} = \upsilon_1 \cos \alpha, \upsilon_{1y} = \upsilon_1 \sin \alpha \\ \upsilon_{2x} = \upsilon_2 \cos \varphi, \upsilon_{2y} = \upsilon_2 \sin \varphi \end{matrix}\) .

Из рисунка 3 найдем соотношение между углами α и φ :

\(~\begin{matrix} \varphi = \pi - \alpha - 2\gamma \\ \gamma = \pi - \frac{\pi}{2} - 2\alpha = \frac{\pi}{2} - 2\alpha \end{matrix}\) ,

\(~\varphi = 3 \alpha\) .

Воспользуемся известными из справочников формулами тригонометрии

\(~\begin{matrix} \cos 3 \alpha = 4 \cos^3 \alpha - 3 \cos \alpha \\ \sin 3 \alpha = -4 \sin^3 \alpha + 3 \sin \alpha \\ \cos^2 \alpha + \sin^2 \alpha = 1 \end{matrix}\)

и запишем отношения соответствующих проекций скоростей после удара и до него:

\(~\begin{matrix} \frac{\upsilon_{2x}}{\upsilon_{1x}} = \frac{\cos 3 \alpha}{\cos \alpha} = 1 - 4 \sin^2 \alpha \\ \frac{\upsilon_{2y}}{\upsilon_{1y}} = \frac{\sin 3 \alpha}{\sin \alpha} = -(1 - 4 \cos^2 \alpha) \end{matrix}\) .

В условиях сохранения энергии верхнее тело после удара о нижнее поднимется в точности на гребень следующей бороздки только в том случае, если вектор скорости \(~\vec \upsilon_2\) будет направлен вверх по плоскости бороздки, а величина скорости останется такой же, как и до удара. Этому отвечает условие

\(~\frac{\upsilon_{2x}}{\upsilon_{1x}} = 1\) и \(~\frac{\upsilon_{2y}}{\upsilon_{1y}} = -1\).

Но, в силу приведенных выше формул, это возможно только при α = 0, т. е. когда поверхности соприкасающихся тел абсолютно гладкие, без всяких бороздок! Во всех остальных случаях невозможно полное преобразование кинетической энергии в потенциальную такое, чтобы затем верхнее тело могло неограниченно продолжать свое движение без приложения внешней силы. Если, например, \(~\frac{\upsilon_{2x}}{\upsilon_{1x}} = 1 - 4 \sin^2 \alpha < 0\), т. е. \(~\alpha > \frac{\pi}{6}\), то компонента υ 2x направлена навстречу движению, поэтому сила F должна не только компенсировать потери кинетической энергии при ее преобразовании в потенциальную, но и совершать работу, большую, чем в начале движения.

Из рассмотренного примера возникает парадоксальный вывод: если трение как свойство вещества и может исчезнуть, то это не приведет к исчезновению силы трения, включая и ее характерную особенность - различие в величине силы трения в начале движения и при его продолжении. Останутся также и такие сопутствующие трению явления, как шум из-за ударов неровностей друг о друга и разрушение поверхностей тел (если, например, сломать выступы бороздок окажется легче, чем подняться по ним вверх). Наконец, самое интересное следствие состоит в том, что сохраняется зависимость силы трения между телами от того, из какого вещества они изготовлены, так как при одинаковом способе механической обработки поверхностей форма неровностей для разных веществ может быть различной.

Как же нам всем надоела эта сила трения! Из-за нее нам постоянно приходится покупать новую обувь, новые колеса, бесконечное количество запчастей на автомобиль. Да и просто мешает постоянно, куда ни посмотри. Как было бы хорошо, если бы она совсем исчезла! А если подумать, на самом ли деле стало бы лучше? Представим такую картину.

Выходим мы утром из нашей пока еще обычной квартиры на улицу, где нет трения, и что видим? Первым делом мы хорошо приложимся затылком о землю, потому что трения между подошвой ботинок и землей больше нет. Идеальный гололед, чего ж еще мы ожидали? После падения мы начнем все быстрее скользить по направлению наклона улицы, если только не попадем в «карман» из каких-нибудь конструкций, откуда просто нет возможности скатиться. Кроме нас, по улице будет катиться все, что прочно не закреплено, то есть не вкопано в землю. Это все люди, животные, мусорные баки и сам мусор, автомобили… Представляете, какая свалка будет в том месте, где это все найдет наконец-то препятствие? Мало того, это будет трагедия, ведь людей будет просто убивать налетающими на них большими предметами, а встать и убежать они будут просто не в состоянии.

Допустим, докатились мы до прочно стоящего автомобиля, прижатого к стене, забрались туда. Поехали… Не тут–то было! Даже если отбросить тот факт, что сцепление автомобиля работает на силе трения, чтобы передавать крутящий момент на ведущий мост, мы все - равно не сможем ехать. Колеса будут крутиться, а автомобиль будет стоять на месте в силу своей инерции. Так что тут-то мы и застрянем.

Что еще может произойти без силы трения? Например, все узлы развяжутся, а применяют их не только на шнурках, но и в некоторых вполне серьезных конструкциях. Шуруп или болт, закрученный вверх, под действием своего или прикрепленного к нему веса самостоятельно вывернется. Можно представить, сколько всего обрушится на землю – может быть, даже наш автомобиль, на котором мы собирались ехать, или соседний дом. С гор скатятся все камни и сойдут все лавины. Вследствии вращения Земли непонятно, как поведут себя моря и океаны – может они просто размажутся равномерно по всей поверхности планеты? А может быть, мы бы до сих пор жили в пещерах, ведь огонь получается с помощью трения?

Всего этого не происходит благодаря силе трения. Да, человек борется с нею всеми способами, но только там, где она не нужна. Бывают случаи, когда мы сами ее увеличиваем. Простейший пример – увеличенные протекторы на ботинках или шипованная резина на автомобиле.

Однако всего этого не произойдет все-таки по одной простой причине – любые поверхности не идеальны. Любая имеет впадины и выемки, в основном довольно крупные. Поэтому даже при полном исчезновении силы трения, эти неровности частично ее заменят. Они сыграют роль «крючков», для преодоления сопротивления которых потребуется приложить некоторую силу. Эта сила сопоставима с силой трения. Поэтому мы все-таки имеем шанс не скатиться вниз по улице, если только не надели идеально гладкую одежду.

Конечно, хорошо бы избавиться от силы трения, но только частично, в нужных местах. Совсем не обязательно бросаться в крайности и убирать что-то совсем. К чему это может привести, мы уже видели.

Жук Максим Евгеньевич

Размышления на тему: мир без трения.
В нашем мире очень многое «держится» на равновесии, и сила трения, а именно сила трения покоя, является той силой, которая это равновесие поддерживает - трение ведь всегда против скорости, в том числе, и против скорости разрушения. Сила трения покоя препятствует разрушению так же, как реакция опоры не дает телу провалиться сквозь землю. И она точно так же, как и реакция опоры, существует до каких-то пределов, не может превысить некоторое значение: если трактор хорошенько подтолкнуть, он, в конце концов, поедет, но, если на него положить что-нибудь такое тяжелое, то опора может не выдержать. Часто, говоря про трение, мы имеем в виду только трение скольжения или качения, забывая про труд трения покоя. Жидкое трение устроено иначе, и требуется малейшее дуновение ветерка, чтобы привести в движение айсберг - вот эти айсберги и дрейфуют по океанам, создавая опасность мореходам. Если бы в нашем мире не было бы трения покоя, то он был бы похож на огромное скопление таких айсбергов (это не значит, что график трения скольжения совпадал бы с графиком жидкого трения). На равновесии держится все, что скреплено винтами и гвоздями.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Эссе

«Мир без трения»

Старый Оскол 2012 г

Мир без трения

Кому из вас не случалось помечтать... Тем более на уроках, тем более, когда слушаешь крайне неинтересную и «ненужную» тебе, да и всему окружающему миру, тему... Как, казалось бы, просто и легко мир обошелся бы без силы трения и архимедовой силы, Пушкина и Чернышевского, логарифмов и квадратных уравнений... Но не получалось ли у вас так, что подхваченные Мечтой вы попадали в страну «Невыученных Уроков» - с поездами, несущимися навстречу друг другу по одному полотну, и половинчатыми землекопами?

Размышления на тему: мир без трения.

В нашем мире очень многое «держится» на равновесии, и сила трения, а именно сила трения покоя, является той силой, которая это равновесие поддерживает - трение ведь всегда против скорости, в том числе, и против скорости разрушения. Сила трения покоя препятствует разрушению так же, как реакция опоры не дает телу провалиться сквозь землю. И она точно так же, как и реакция опоры, существует до каких-то пределов, не может превысить некоторое значение: если трактор хорошенько подтолкнуть, он, в конце концов, поедет, но, если на него положить что-нибудь такое тяжелое, то опора может не выдержать. Часто, говоря про трение, мы имеем в виду только трение скольжения или качения, забывая про труд трения покоя. Жидкое трение устроено иначе, и требуется малейшее дуновение ветерка, чтобы привести в движение айсберг - вот эти айсберги и дрейфуют по океанам, создавая опасность мореходам. Если бы в нашем мире не было бы трения покоя, то он был бы похож на огромное скопление таких айсбергов (это не значит, что график трения скольжения совпадал бы с графиком жидкого трения). На равновесии держится все, что скреплено винтами и гвоздями (но не на заклепках, так что «Аврора» без трения останется целой).

Если только без трения покоя будет такое, то можно себе представить, что будет вообще без трения (можно, но трудно). Равновесие очень важно - в мире нет ничего идеального, нет так же идеально горизонтальной поверхности, так что без трения под действием силы тяжести вскоре развалятся многие сооружения. Без трения, как это ни смешно, если в стенку с двух сторон вкрутить шурупы (проделав дырки - чем?), то, насколько бы вертикальной стенка ни была, один из них через некоторое время выкрутится - идеальных стенок не бывает. Короче, между деталями зданий, и не только зданий, а вообще всех частей чего-либо должны действовать какие-то силы, кроме трения. И желательно, чтобы эти силы были направлены на созидание, а не наоборот. А видов этих самых сил, если вообще делить все силы на виды (что само по себе невозможно - ведь все силы, в конце концов, сводятся к одному, тому, чего мы не понимаем - к взаимодействию между частицами; и с таким же успехом можно бы было спросить, что было бы, например, без силы тяги), в мире оказывается не так уж много. Тем более, мало тех, которые мы (живые организмы, то есть все те, к которым применимо слово «использовать») можем использовать для передвижения - так что без трения этот процесс представляет большую проблему. В основном для передвижения мы используем силу трения, силу реакции опоры и силу тяжести. Другое дело, что, может, без передвижения можно и обойтись, ведь обходится же большинство растений. Но, может, сами эти растения и обходятся без него, но семена-то этих растений либо летят по ветру, либо их переносят насекомые. А без размножения никак.

Без трения бедным людям придется как-то использовать реакцию опоры и притяжение для передвижения. На самом деле, это не так уж и сложно - ведь реакцией опоры мы можем управлять, поворачивая эту самую опору. Отсутствие трения нам не мешает оттолкнуться от стенки - это и делает все время поезд на шестеренках, постоянно отталкиваясь от наклоненных поверхностей зубчиков, он едет на реакции опоры. И самые первые поезда так и делали, потому что люди не верили, что сила трения может сдвинуть состав. Кстати, такой же способ можно применить и для передвижения пешком - нужно сделать рифленую дорогу, чтобы плоскость зубчика была по размеру ступни. Тогда люди будут подпрыгивать, отталкиваясь от наклонных поверхностей, а сила тяжести будет возвращать их на землю. Придется немного попрыгать! В общем-то, в этом и состоит суть наших лестниц - мы тоже, чтобы не скатиться вниз, заменяем силу трения силой реакции опоры.

Многие, да, похоже, и я, преувеличивают разрушительные способности отсутствия трения, ведь не надо забывать про не менее важную реакцию опоры. Трение зависит от реакции опоры и у нас интуитивно отсутствие первой связано с отсутствием второй. Действительно, без реакции опоры мир выглядел бы очень смешно, правда, смеяться было бы уже некому.

Конечно, нельзя не сказать, что энергии придется все равно тратить меньше, в том числе, и на передвижение - ведь, потратив неимоверные усилия на то, чтобы забраться на гору, нам больше не придется ничего делать, чтобы попасть на другую такую же; приобретя нужную скорость, нам не надо ничего делать, чтобы ее поддерживать. Таким образом, мы вплотную приближаемся к осуществлению идеи вечного двигателя. Но, если над этим задуматься, то в самом названии «Вечный двигатель» заключена ошибка. От двигателя мы можем что-то получать, какую-то энергию, но что можно получить от двигателя, который останавливается, когда от него пытаются что-то взять? Какая ему разница, кто у него забирает энергию - трение или мы?

Несмотря на это, механизмы, где мы используем смазку, конечно, будут работать лучше, и колесо никогда никому ни будет нужно. Скорее всего, это сильно затормозит развитие механики. Но тут есть и еще один момент - наличие трения тоже тормозит развитие науки, ведь оно мешает правильному пониманию законов Ньютона и восприятию постоянности ускорения свободного падения. Скорее всего, без трения люди поняли бы их раньше.

Но что говорить о науке, когда существование самой Земли сомнительно - она, как и другие планеты, была бы разрушена метеоритной атакой. Конечно, в Луну и в нашем мире попадают метеориты, но в том-то и дело, что без трения не только метеориты не будут сгорать в атмосфере, но между частями планеты, на которые она дробиться в месте удара, нет трения, и ударная волна придает им большую изначальную скорость, так что они могут и не вернуться обратно на планету.

Все-таки, отсутствие трения - это, конечно, абсурд. А, когда думаешь о том, чего не может быть, невольно приходишь либо к причине этого, либо просто к парадоксу. Действительно, не совсем понятно, что тут надо понимать под «трением». Возьмем, к примеру, тот же поезд на шестеренках - он, как выяснилось, без трения поедет. Но если взять, и размер зубчиков уменьшить во много раз, чтобы они были не видны на фоне поезда - он не будет ничем принципиально отличаться от первого, но ведь тогда мы сможем уже сказать, что на его колесо действует сила трения, которой нет! То есть непонятно, на каком этапе масштабирования мы можем применить к рельсе коэффициент трения. Наверно, для описания таких фантастических тем нужно на время забыть о причине явлений.

Так можно описать наш мир, где «выключили» трение, но вряд ли наш, уже сформировавшийся мир сможет перестроиться. Скорее возможен мир, где трения никогда не было. Такой мир был бы совершено другим, и мы практически не можем его описать, наши представления к нему неприменимы.

Если цивилизация, да что там цивилизация, жизнь смогла вообще возникнуть, что само по себе невозможно, значит, она сможет возникнуть и без трения. Мир «большой», места много - выбор есть. И при любых условиях найдется такое место, где образование жизни, какой бы она ни была, возможно.

Об этом, наверно, нельзя говорить серьезно, но тогда это уже будет не физика.

Мир без силы трения

В мире, который мы будем рассматривать, остается трение твердых тел о жидкость и о газ - вязкое трение. А вот насчет сухого трения надо подумать. Так как трение на молекулярном уровне - это «зацеп выступа о выступ». А абсолютно гладких поверхностей (идеальных) - не бывает. Но не будем забывать, что этот мир - волшебный, в нем может происходить абсолютно все, в зависимости от придуманных нами условий. Так что, поставим условие (закон) о трении: любой скол поверхности (да и сама поверхность) твердого тела - идеал, но сильно выдающиеся выступы (камни) этому закону не подчиняются.

Так как остается трение о воздух, а гравитацию никто не отменял, атмосфера нашего мира от мира, в котором нет силы сухого трения, будет неотличима. Что же касается литосферы, «земли», то она почти по всему миру будет разрушаться воздушной эрозией. Но поверхность не будет состоять из «голого камня»- твердого слоя (у которого сила межмолекулярного взаимодействия будет больше силы трения выступающих частиц поверхности о воздух), как кажется на первый взгляд. Это не так. Земля большая и является системой замкнутой: если в одном месте что-то убавилось, в другом месте обязательно это же и прибавится. Получится «круговорот земли в природе».

Планета не будет равнинной, на ней спокойно могут существовать горы. Пусть на планете произойдет землетрясение: две тектонические плиты начнут двигаться друг на друга, и образуется складка (одна плита "налезет" на другую и приподнимется, или они «упрутся носами» и станут медленно подниматься). По идее, эта конструкция не сможет существовать, ведь трения покоя нет, и приподнявшаяся земля просто «съедет обратно». Но не надо забывать, что существуют и другие силы, отвечающие за сохранение формы: сами силы межмолекулярного взаимодействия. Земля большей частью по агрегатному состоянию - твердое вещество, но в виде «порошка». Сила взаимодействия между молекулами ее частиц намного больше, чем у жидкости или пластилина (хотя даже у пластилина хватит ее, чтобы вернуть телу форму после небольшой деформации). Таким образом, после поднятия поверхности, земля не рассыплется полностью, молекулы будут 2держаться друг за друга», и просто так изменить форму - не получится. Съедет только небольшая часть верхнего слоя, в котором за время этого процесса силы межмолекулярного взаимодействия «были разрушены».

Но будут присутствовать и более заметные отличия от нашего мира. Трение о землю отсутствует, речки будут без остановки разгоняться, т.к. сила тяжести все еще присутствует. Это, однако, относится не ко всем речкам. В случае, если речка каменистая, то силу трения заменяет сила упругости. Несмотря на то, что трения о камни не существует (трения скольжения: поверхность камней подобна скользящей поверхности лыжи, натертой специальными мазями), молекулы воды все равно сталкиваются с выступающими частями камней (им «без разницы», есть трение или нет, но впереди твердое, упругое тело, загораживающее путь). Другое отличие в том, что в зимний период сухой снег (его образование возможно), падающий с неба (кстати, падение ли это «земного снега» или снега на той планете мы отличить не сможем - ведь трение о газы есть), попадая на поверхность гор, залеживаться не будет. Под действием гравитации он будет скатываться. В этом случае, кроме преград, которые встречаются, не очень часто, ничто ему препятствовать не будет.

Пляжи на этой планете будут существовать, так что жизни будет легче выйти на сушу, если она, конечно, появится. Поэтому возможно и «точение» водой камня, например, когда вода капает на его поверхность (подземные реки).

Подумаем, возможна ли жизнь на этой планете. Вероятность, что за несколько миллиардов лет на планету хоть раз упадет огромный метеорит и после его падения на нем сохранятся какие-нибудь органические молекулы или даже одноклеточные живые существа, и этот метеорит упадет в какой-нибудь водоем (в океан или впадающую в него реку), не равна нулю. Если такое случится, то эти микрочастицы жизни окажутся в океане (непосредственно или - по течению реки). В результате мутаций (пройдут сотни миллионов лет) возникнут одноклеточные водоросли, а со временем - и многоклеточные. Тем, кто существует в океане, сухое терние не нужно (разве что тем, кто ползает по дну, но их мы можем и отбросить).

Проанализируем ситуацию с образованием растительности на суше. Представим себе бурю в океане. Некая водоросль попала в результате этого в замкнутый пресноводный водоем на суше. В результате огромного множества подобных случайностей одна водоросль в таком водоеме все же выжила и дала «потомство» (как и положено добропорядочной древней водоросли - вегетативно). В точности так же, как жизнь «осваивала» сушу в нашем мире - мире с трением - это произойдет и в мире без терния. На суше образуются растения. Ничто не помешает возникнуть и семенному размножению. Для всего этого сухое трение не нужно.

Совсем другое дело - с миром животных. Ведь им нужно двигаться! Начнем с животного мира океана. Его образованию ничто мешает - ни для рыб, ни даже для плавающих зверей сухое терние не нужно. То же самое относится и к двоякодышащим. Главное - чтобы они не пытались ползать - вот уж это точно невозможно без терния! Настанет такой прекрасный момент, когда в мире без трения появится и большая крокодила. Особенно огромными у нее будет когти - ведь только благодаря зацеплению за грунт в мире без сухого трения можно передвигаться по твердой поверхности. Такие когти позволят новенькой крокодиле выйти прогуляться из океана на материк - и со временем заселить границу воды и суши своим большим крокодильим потомством. Пройдут еще сотни миллионов лет - и суровый, но справедливый естественный отбор потребует от потомков крокодилы (как и от потомков других морских и пресноводных животных), чтобы они научились быстро бегать, высоко или далеко прыгать, лазить по деревьям, копать норы… Все это в мире без трения не так-то просто проделать. Всем животным на этой планете потребуются очень длинные и очень острые когти - чтобы вонзались в грунт, в дерево, а у некоторых, может быть - даже в лед и в известняк. В такой схеме есть место и зверю, в чем-то подобному нашим приматам. А тут уж недалеко и до питекантропа. Но, разумеется, с некоторыми задатками древней крокодилы - огромными острыми когтями.

У «нации питекантропов» мира без трения развитее техники будет затруднено. Им, например, не понадобятся «палка-копалка», которая древним людям с нашей планеты заменяла когти животных для поиска корешков и прочего подобного, хотя в нашем мире и есть трение. Питекантропы из мира без трения для того, чтобы рыть нору, могут научиться запускать когти своих задних конечностей в грунт, тем самым, используя силу упругости, оставаться на месте и не «уезжать». Не понадобится им и «дубина», которая была предназначена как для добычи «живой пищи», так и для защиты от нее - чтобы самому не стать едой. Не понадобится им и обувь. Ведь ходят люди в Африке без обуви. У них на ногах засохшие мозоли, и им это кажется нормальным, естественным. Но это не слишком существенные различия между эволюцией и начальным развитием техники науки нашего мира и мира без трения. Куда важнее образование огня.

В нашем мире все было легко. Люди за несколько сотен лет освоили способ добычи огня. В описываемом же мире сила трения отсутствует, и палочку о палочку не потрешь, даже если ее сможешь взять и удержать (вонзишь в нее свои длинные острые когти), также и не выбьешь искру, стукнув кремнем об огниво. В общем, проблемы... Я думаю, что возможен вариант знакомства «питекантропа» с огнем только в случае, если молния ударит в дерево и оно загорится. Один из древних «людей» возьмет обломанную, горящую ветку и сохранит огонь под какой-либо крышей, под выступом скалы, и этот огонь будет передаваться из поколения в поколение. Далеко в будущем люди узнают причину его образования и создадут первый гальванический элемент...

О дальнейшем можно размышлять едва ли не бесконечно. Но столько времени у нас нет, да и предугадать все этапы развития жизни волшебного мира, сидя в комнате, а, не находясь там с машиной времени - невозможно. Можно лишь представить примерный путь, по которому пойдет жизнь, коротко изложить перспективы ее развития.

Техника, а потом и наука вынужденно будут двигаться больше в направлении изобретений из области электричества, чем в направлении чисто механических машин, простых механизмов.

Механикой «тамошние люди» заинтересуются очень нескоро. У них не будет потребности в создании более быстрого способа передвижения. Ведь трения о поверхность (скольжения, качения) нет, и изобретать колесо вообще не понадобится (не будет разницы между доской и колесом). Они заинтересуется изучением науки, разве что только в случае войны племен. Им придется придумать какое-нибудь оружие. Только не копья или луки (их изготовить довольно сложно, да и вообще - вопрос, будет ли такое оружие в том мире действовать: стрела при запуске может просто немного проскользнуть вбок - изменится угол), а оружие «массового поражения». Например, катапульта. Но все равно она будет устроена немного по-другому, чем наша (ведь у них «все не как у людей»). Но для того, чтобы ее выдумать и соорудить, им придется несколько лет посидеть над физикой. Узнать много о силе упругости («что это такое, и с чем ее едят»). Механизм работы катапульты основан на силе упругости, а сила трения, которой нет, почти ни за что не отвечает, ее легко можно заменить, создав какой-либо упор (опять же - сила упругости и равновесие). Кроме трения о воздух и «грубых» преград (где силу трения заменяет сила упругости), никакому живому существу двигаться сколь угодно долго ничто не помешает (и то при малых скоростях это будут такие потери, что при «малейших усилиях» ими можно будет пренебречь).

Наиболее развитой областью в науке будет наука об электричестве. Без него жизнь на этой планете существовала бы, но в совершенно неразвитой форме Электричество («молния») может дать культуру жителям этой планеты, дать толчок в развитии науки, заставить «людей» задуматься об окружающем мире. В будущем электричество будет единственным начальным источником энергии, так как солнечную энергию они использовать и сохранять не смогут (ведь солнечных батарей у них нет). С помощью электричества «люди» смогут добывать тепло, проводить исследования и изобретать новые вещи («строить мир», например: расплавлять металл и отливать нужные формы). Такой мир через миллионы лет его развития мы представить уже не можем. Это будет мир фантастики, которая частично встречается в книгах...