Человек постоянно сталкивается с отрицательным влиянием трения. Чтобы устранить это влияние, необходимо его детально распознать.

Ученые уже несколько столетий заняты изучением природы трения, но до сих пор не удалось найти исчерпывающий ответ на вопрос, что такое трение.

Знаменитый ученый эпохи Возрождения Леонардо да Винчи четыре с половиной века назад впервые задался целью установить влияние трения на движение тела. Он проделал такой опыт: взял бунт каната и стал передвигать его по полу. Затем бунт размотали и канат снова протащили по полу во всю его длину. Оказалось, что в обоих случаях понадобилась одинаковая тяга. Отсюда был сделан вывод, что сила сопротивления, возникшая между канатом и полом, не изменилась от того, что бунт размотали.

Леонардо да Винчи дал ответы на пять сформулированных им самим вопросов: зависит ли сила трения от величины площади соприкасающихся тел; от материала, из которого эти тела изготовлены; от величины нагрузки; от скорости скольжения; и, наконец, от степени гладкости (или шероховатости) поверхностей.

На эти вопросы Леонардо ответил так:

   - от площади не зависит;

   - от материала не зависит;

   - от величины нагрузки зависит и ей пропорциональна;

   - от скорости скольжения не зависит;

   - от степени гладкости поверхности зависит.

На этой основе вывели такой закон: «Всякое трущееся тело оказывает сопротивление в том месте, где трется, четвертой частью своей тяжести».

Спустя двести лет французский ученый Амонтон вернулся к этим вопросам. На первые три вопроса он ответил так же, как великий итальянец, на четвертый и пятый дал противоположные ответы.

И после Амонтона ученые много раз принимались за исследование природы трения. Их ответы на вопросы Леонардо да Винчи были неодинаковыми. Особенно много споров вызвал вопрос о зависимости силы трения от величины площади трущихся поверхностей. Ответ Леонардо да Винчи на этот вопрос вызывал недоумение. Ведь трение возникает в каждой точке касания двух соприкасающихся поверхностей, и совершенно очевидно, что на большей поверхности должно оказаться больше точек касания и соответственно увеличится сила трения. Спор ученых имел важное значение. Найти правильные ответы на вопросы - значило научиться заранее исчислять величину силы сопротивления движению, возникающей из-за трения, иначе, определить коэффициент трения.

Между тем трение все более и более давало себя чувствовать. Человечество вступало в век машин, и трение становилось серьезной помехой в их использовании. Все машины и механизмы страдали одним и тем же недостатком: на приведение их в действие требовалось слишком много энергии. Было установлено, что лишь один процент энергии употребляется с пользой, а остальные девяносто девять процентов уходят на преодоление силы трения.

Понятно, почему вопрос, как бороться с трением, привлек к себе внимание крупнейших ученых мира.

Но прежде всего надо было установить, что такое трение. Уже упоминавшийся выше Амонтон дал такой ответ: при движении одного тела по другому оно как бы поднимается по большому количеству неровностей. Как бы хорошо ни была отполирована поверхность тела, на ней все же остаются неровности. Когда по этому телу движется другое тело, происходит столкновение неровностей. В таком же духе высказались и другие ученые того времени: Деляги, Кулон, Лесли.

Эти объяснения природы трения вошли в науку под названием механической теории. Она в общем правильно объясняла сухое трение.

Однако на практике очень редко можно наблюдать трение двух сухих тел. Например, машины всегда работают со смазкой. В этих случаях картина существенно меняется. Русский ученый Н. П. Петров установил зависимость силы трения от характера смазки (вязкости), толщины смазочного слоя, скорости вращения и других условий работы машины. Для определения в этих случаях силы трения Петров вывел математическую формулу. Формула Петрова и до сих пор служит для расчета силы трения в машинах.

Смазка значительно снижает потери энергии из-за трения, но все же и эти потери чрезвычайно велики.

Мысль механиков, изобретателей, умельцев непрерывно работала над ослаблением сил трения. Крестьянин Леонтий Шамшуренков построил в 1752 году самодвижущуюся повозку, названную им «самобеглой коляской».

Судьба изобретателя типична для крепостной России. Шамшуренков просидел четырнадцать лет в тюрьме в качестве... свидетеля по делу купцов города Яранска, мошенничавших на своих винокуренных заводах. Из тюрьмы он и отправил в сенат бумагу, где писал, что «такую коляску он, Леонтий, сделать может подлинно, изобретенными им машинами на четырех колесах с инструментами так, что она будет бегать и без лошади, только правима будет через инструменты двумя человеками, стоящими на той же коляске, кроме сидящих в ней праздных людей, а бегать будет хотя через какие дальние расстояния и не только по ровному местоположению, но и горе, будет где не весьма крутое место».

По распоряжению сената изобретателя доставили в Петербург, где он осуществил свой проект. Сделанная Шамшуренковым коляска была признана годной для езды. Но, несмотря на это, изобретателя все же вернули в тюрьму.

До сих пор остается загадкой, каким образом Шамшуренкову удалось справиться с силами трения.

Спустя сорок лет «самокатка» была вновь изобретена знаменитым русским механиком Иваном Петровичем Кулибиным. В одном из описаний самобеглой коляски Кулибина отмечается, что «механизм самокатки сей был так остроумно устроен, что в гору она катилась скоро, а под гору тихо». Это могло быть достигнуто уменьшением трения.

Такое же устройство было у кулибинского подъемника, изобретенного для перенесения царицы в верхние этажи дворца.

Вскоре после того, как петербуржцы увидели самобеглую коляску Кулибина, на улицах столицы появился самокат (велосипед) уральского изобретателя Артамонова.

Самокат Артамонова и поныне хранится в краеведческом музее города Нижний Тагил.

Еще в царствование Павла с Урала в Петербург была прислана модель самоката. Царь заинтересовался моделью и обещал, если самокат будет построен, дать изобретателю и всему его семейству вольную.

Сделав самокат, Артамонов поспешил в Петербург. К тому времени царь Павел был убит и на троне сидел его старший сын Александр.

Артамонову приказано было стоять на площади и ждать, пока царь не соблаговолит посмотреть машину. Ждать ему пришлось целый день. Только к вечеру Александр вышел на балкон Зимнего дворца. Артамонов мгновенно вскочил на седло и большими кругами пронесся по площади. Затем на ходу лихо соскочил, сорвал с головы шапку, упал на колени.

Александр выполнил обещание отца: Артамонов и его семейство получили вольную. Самокат же приказано было приобщить к коллекции изобретений Кулибина.

Это распоряжение не очень обрадовало Артамонова. Он знал, что модели великого изобретателя где-то валяются поломанными и никто ими не интересуется. Артамонов же мечтал о том, чтобы самокат улучшить и «тогда цены ему не будет и для гражданского населения и для военного дела. Ведь он шибче лошади бежит».

Самым крупным недостатком самоката Артамонова было то, что для приведения колес в движение требовалась слишком большая физическая сила: львиная доля энергии съедалась трением. И так было не только с самокатом Артамонова.

Наступал девятнадцатый век - век машин, век паровозов и железных дорог, век промышленной революции. Но пока валы, или оси, машин оставались в непосредственном соприкосновении с неподвижной опорой машины (а эти опоры, собственно, и называются подшипниками), то есть, пока система передач основывалась на подшипниках скольжения, не могло быть и речи о создании быстроходных машин. На трение затрачивалось слишком много энергии. Места стыков рабочих частей машины перегревались, изнашивались, разрушались.