Глава 2. Взаимодействие тел. § 33. Трение покоя — с. 111
§ 33. Вопрос 1. Приведите примеры проявления силы трения покоя в быту и в технике.
В быту: гвоздь удерживается в стене, а картина на нём висит благодаря трению покоя; бельё держится на верёвке за счёт трения прищепок; нитки удерживаются в ткани; предмет на наклонной плоскости (телефон на обложке книги) не соскальзывает; стол не сдвигается, пока мы прикладываем слишком малую силу; мы идём, потому что подошва не проскальзывает по земле. В технике: чемоданы на ленте транспортёра в аэропорту удерживаются трением покоя и плавно поднимаются к багажному отсеку; люди стоят на ленте траволатора; ленточные конвейеры на производстве перемещают детали; гайка держится на болте; автомобиль трогается с места, когда колёса не проскальзывают по дороге.
§ 33. Вопрос 2. Какую силу необходимо приложить к книге, лежащей на столе, чтобы сдвинуть её с места?
Чтобы сдвинуть книгу с места, надо приложить силу, которая по модулю больше максимальной силы трения покоя. Пока приложенная сила меньше этого значения, книга остаётся неподвижной: возникающая сила трения покоя точно уравновешивает силу, с которой мы действуем на книгу. Как только приложенная сила превысит наибольшее значение силы трения покоя, книга начнёт двигаться. Максимальная сила трения покоя обычно немного больше силы трения скольжения, поэтому на практике сдвинуть книгу сложнее, чем потом продолжать её тянуть. Например, если максимальная сила трения покоя равна 1,5 Н, то силой 1,0 Н книгу не сдвинуть, а силой 1,6 Н — можно.
§ 33. Вопрос 3. Чему равна и как направлена сила трения покоя?
Пока тело неподвижно, сила трения покоя равна по модулю силе, пытающейся сдвинуть тело (так как равнодействующая сил равна нулю), и направлена в сторону, противоположную этой силе. Например, если тянуть книгу вправо силой 1 Н, а она не двигается, то сила трения покоя равна 1 Н и направлена влево. При увеличении приложенной силы сила трения покоя растёт вместе с ней, но только до некоторого наибольшего значения; когда приложенная сила его превысит, тело начнёт скользить.
§ 33. Дополнительный вопрос 1. На столике в вагоне поезда лежат пачка печенья и яблоко. Почему, когда поезд тронулся с места, яблоко покатилось назад, а пачка печенья осталась в покое?
Пачка печенья имеет плоскую шероховатую поверхность, и между ней и столиком действует сила трения покоя. Она направлена вперёд, по движению поезда, и сообщает пачке такое же ускорение, как у столика, поэтому относительно столика пачка остаётся в покое. У яблока шарообразная форма, оно может катиться, трение покоя на него почти не действует и недостаточно, чтобы разогнать его вместе со столиком. Яблоко по инерции стремится сохранить скорость, которую имело (относительно земли — нулевую), а столик уходит вперёд. Для наблюдателя в вагоне это выглядит так, будто яблоко катится назад.
§ 33. Дополнительный вопрос 2. В результате действия какой силы человеку, неподвижно стоящему на земле, удаётся сдвинуться с места и приобрести ускорение?
Куда направлена эта сила?
Со стороны какого тела она действует?
Человек приобретает ускорение под действием силы трения покоя. Когда он отталкивается ногой назад, подошва действует на землю с силой, направленной назад, а по третьему закону Ньютона земля действует на подошву с равной по модулю силой, направленной вперёд, по движению человека. Подошва при этом не проскальзывает, поэтому эта сила — трение покоя. Сила действует на человека со стороны земли (поверхности, по которой он идёт). Если бы трения не было (например, на идеально скользком льду), оттолкнуться было бы невозможно и человек не смог бы сдвинуться с места.