Природа силы трения - электромагнитная. это означает, что причиной её возникновения являются силы взаимодействия между частицами, из которых состоит вещество. второй причиной возникновения силы трения является шероховатость поверхности. выступающие части поверхностей задевают друг за друга и препятствуют движению тела. именно поэтому для движения по гладким (полированным) поверхностям требуется прикладывать меньшую силу, чем для движения по шероховатым. трение принимает участие (и притом весьма существенное) там, где мы о нём даже не подозреваем. красочно о роли трения пишет французский гильом: “всем нам случалось выходить в гололедицу: сколько усилий требовалось, чтобы удерживаться от падения, сколько смешных движений приходилось нам проделывать, чтобы устоять! это заставляет нас признать, что земля, по которой мы ходим, обладает драгоценным свойством, 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 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 трению: оно дает нам возможность ходить, сидеть и работать без опасения, что книги и чернильница упадут на пол. трение представляет настолько распространенное явление, что нам, за редким исключением, не приходится призывать его на : оно является к нам само.трение способствует устойчивости. плотники выравнивают пол так, что столы и стулья остаются там, куда их поставили. блюда, стаканы, поставленные на стол, остаются неподвижными без особых забот с нашей стороны, если только дело не происходит на пароходе во время качки. вообразим, что трение может быть устранено совершенно. тогда никакие тела, будь они величиной с каменную глыбу или малы, как песчинки, никогда не удержится одно на другом. не будь трения, земля представляла бы шар без неровностей, подобно жидкой капли”.
пусть условия на этом уровне нормальные (P = 10^5 Па, T = 273 K)
запишем первый закон Ньютона:
Fa + mg + F = 0, где Fa - Архимедова сила, F - искомая сила натяжения
в проекции на некоторую ось, направленную в сторону Fa:
Fa - mg - F = 0
2) пусть высота подъема шара - максимальная, тогда силы, действующие на него, скомпенсированы (аналогично):
Fa - mg = 0
пусть на h(max) плотность воздуха равна p'(в) = p(в) / 2.
составим систему уравнений:
p(в) g V = F + mg
p'(в) g V = mg
вычитаем из первого уравнения второе
gV (p(в) - p'(в)) = F
F = p(в) g V / 2.
3) по уравнению Менделеева-Клапейрона (пусть воздух - идеальный газ):
P V = m R T / M
делим на объем обе части
P = p R T / M => p = P M / R T.
молярная масса воздуха M = 29*10^-3 кг/моль
F = P M g V / 2 R T
F = 10^5 * 29 * 6 / 2 * 8,31 * 273,
F = 3 834,913 H ≈ 3,8 кН