Tarcie

Tarcie przy posuwaniu

Weźmy prostopadłościenny kloc drewniany. Jeśli położywszy go na stole, popchniemy ten prostopadłościan w którymkolwiek kierunku, to przesunąwszy się na pewną odległość wkrótce ulegnie on zatrzymaniu. Co wywołało zatrzymanie się tego ciała w poruszonym przez nas przykładzie? Może to ciężar jego był tego przyczyną? Proste doświadczenie przekonuje nas, że tak nie jest. Wkręciwszy haczyk w ściankę prostopadłościanu, zaczepiamy 3 niego hak zwyczajnej wagi sprężynowej. Podziałka jej wskazuje kilogramy. Teraz przy pomocy owej wagi wprowadzamy nasz kloc w ruch bardzo powolny, obserwując jednocześnie, jakie położenie podczas ruchu zajęła wskazówka wagi. Stąd wnosimy o wysiłku (mierzonym na kilogramy lub gramy), który okazał się potrzebnym dla utrzymania w ruchu bryły. W pewnej chwili, przerywając ruch, podnieśmy wagę do góry, a przy jej pośrednictwie i samą bryłę, do której waga była uczepioną. Zauważymy wtedy, iż waga została np. dwa razy silniej rozciągnięta, niż przed chwilą. Z życia codziennego wiemy, że wskazówka wagi pokazuje obecnie ciężar ciała (bryły drewnianej) na niej zawieszonego. Z tych dwóch doświadczeń okazuje się, że siła niezbędna do podtrzymania ruchu ciała (o ile drzewo sunie po drzewie) jest około 2 razy mniejsza od jego ciężaru, a więc, przesuwając ciała jedne po drugich zmagamy się z czymś z goła innym, niż ich ciężar. Wszak gdyby tu o ciężar chodziło, to na przykład sanie można by równie łatwo ciągnąć po szosie śniegiem pokrytej, jak i po tej samej drodze podczas lata, skoro ciężar sań nie uległ żadnej zmianie.

Spróbujmy teraz przesuwać bryłę drewnianą, ale już nie po powierzchni stołu, lecz na początku po szybie szklanej, a potem po tak zwanym papierze szklanym, używanym do szlifowania drzewa. Jakież różnice w zachowaniu się wagi sprężynowej zauważymy? Oto w pierwszym wypadku rozciągnie się ona mniej, niż wtedy, gdyśmy bryłę drewnianą ciągnęli po stole (drzewo po drzewie), przeciwnie w drugim przykładzie, ciągnąc kloc, posuwany po chropowatym papierze szklanym, wyciągamy sprężynę najbardziej w porównaniu z wypadkami poprzednimi.

Ostatnie doświadczenia zmuszają nas do przypuszczenia, że opór jaki spotykamy przy posuwaniu jednych ciał po drugich wynika z zaczepiania w większym lub mniejszym stopniu powierzchni tych ciał o siebie.

Przesuńmy dłoń kolejno po szybie szklanej i szklanym papierze, a uczujemy wyraźnie, iż rękę hamuje coś podczas ruchu nierównie silniej w drugim wypadku, niż w pierwszym. Oglądając przez powiększające szkło powierzchnie nawet takich ciał, które wydają się nam zupełnie gładkimi w dotknięciu, możemy jednak dostrzec, iż posiadają one większe lub mniejsze nierówności, niema powierzchni idealnie gładkich. Stąd też ciała, posuwane po innych, zahaczają o nierówności powierzchni, muszą więc stawiać opór ruchowi, który wywołują działające na nie siły. Taki opór nosi nazwę tarcia. Już poprzednie doświadczenia wskazują, że tarcie zmniejsza się jednocześnie z większym wygładzeniem ocierających się o siebie powierzchni.

Poza tym gdybyśmy te powierzchnie pokryli jakimś smarem, to tarcie, jak łatwo sprawdzić doświadczeniem, zmalałoby do jeszcze mniejszej wartości (naoliwianie części maszyn, osi, kół itp.).

Można więc tarcie poniekąd zmniejszyć. Czy jednak możliwym jest pozbyć się go całkowicie? Nie, chociaż

nieraz bardzo zmniejszone, pozostaje ono przecież w pewnym stopniu zawsze i swoim działaniem wpływa na zwolnienie ruchu ciał, powodujących zatrzymanie. Przedmiot, pchnięty po stole, wkrótce zatrzymuje się, chociaż nie trafił na swej drodze na żadną zaporę nie do przebycia. Ruch jego ustał, zanikł, z powodu tarcia pomiędzy nim, a powierzchnią stołu, po której się posuwał. Działanie hamulców u kół stanowi przykład tarcia, rozmyślnie stosowanego.

Tarcie przy toczeniu

Przypuśćmy, że walec, ma ciężar w przybliżeniu taki sam, jak wyżej zaznaczona bryła prostopadłościenna. Jeśli teraz dorobimy do tego walca oś z grubszego drutu, a do osi ramkę,  to, posługując się wagą sprężynową dostrzeżemy wydłużenie znacznie mniejsze, niż w poprzednim wypadku. Wynika stąd, że łatwiej jest w tym razie podtrzymać ruch ciała toczącego się, niż posuwającego się; tarcie więc przy toczeniu jest tu mniejsze od tarcia przy posuwaniu. Na powyższym opiera się też stosowanie kół w różnych środkach komunikacji, jak np. wozy, rowery, koleje żelazne itp. Poza tym wiemy jeszcze, że i na kolach tym łatwiej i prędzej się jedzie, im równiejsza i twardsza jest droga. Właśnie tę cechę w wysokim stopniu posiadają szyny kolei żelaznej; stawiając mały opór tarcia ruchowi pociągów, umożliwiają im przez to nabywanie tak znacznych szybkości. Tarcie zarówno przy posuwaniu, jak i przy toczeniu, zwiększa się wprost proporcjonalnie do siły, przyciskającej ciało do podstawy, po której ruch się odbywa. Wtedy bowiem ocierające się powierzchnie silniej zaczepiają o swoje nierówności. Naciskając ręką na wyżej wspomniany prostopadłościan, lub kładąc nań ciężary, łatwo możemy się przekonać o powiększeniu tarcia, jeśli w tych warunkach będziemy się posługiwali wagą sprężynową.

Czy zawsze jednak mamy uważać tarcie, jako przeszkodę, którą zwalczać należy?

Przypomnijmy sobie, jak to trudno chodzić w bucikach lub kaloszach po gładkim lodzie lub podczas ślizgawicy, jak to w miejscu obracają się koła lokomotywy lub samochodu, nie mogąc ruszyć naprzód na zbyt oślizgłej drodze. Cóż jest tego wszystkiego przyczyną? Brak dostatecznie dużego tarcia.