Мир «совсем без трения» — полезный физический мысленный эксперимент, но сначала нужно уточнить термин. Трение — это целое семейство сил сопротивления между поверхностями и внутри сред. Если убрать только сухое трение, лёд покажется цепким асфальтом по сравнению с новым миром. Если же фантастически убрать вообще все механизмы диссипации и сопротивления, последствия будут ещё радикальнее. При этом фраза «без трения не существовало бы Вселенной» неверна: гравитация, электромагнетизм и ядерные взаимодействия не сводятся к бытовому трению.
Статическое и кинетическое трение выполняют разные задачи
Статическое трение не даёт двум поверхностям начать скользить друг относительно друга: благодаря ему подошва может толкнуть землю назад, а земля — ускорить человека вперёд. Кинетическое трение действует уже при скольжении и обычно рассеивает механическую энергию в тепло.
Есть также сопротивление воздуха и жидкости, внутреннее трение в материалах и множество микроскопических механизмов. Поэтому «убрать трение» нужно понимать как идеализацию, а не реалистичное изменение одной кнопки природы.
Ходить и стоять стало бы почти невозможно
На идеально гладкой горизонтальной поверхности человек мог бы стоять, пока не попытается разогнаться, но шаг требует горизонтальной силы между ногой и полом. Без неё нога просто скользит, а центр масс почти не получает нужного ускорения.
Если уже начать скользить, остановиться обычным способом тоже нельзя. Помогло бы только столкновение, захват за закреплённый объект, реактивное движение или переход на поверхность, где сопротивление всё же существует.
Автомобили не смогли бы нормально разгоняться, поворачивать и тормозить
Шина толкает дорогу благодаря статическому трению. Без него вращение колёс не превращается в поступательное движение машины. Руль становится почти бесполезным, а обычные тормоза могут затормозить вращение колеса, но не создать достаточную силу между шиной и дорогой.
Именно поэтому состояние сцепления с дорогой так важно на льду и мокром покрытии: реальный мир уже даёт нам мягкую демонстрацию того, что значит уменьшить коэффициент трения.
Держать вещи стало бы сложно, но не абсолютно невозможно
Пальцы удерживают стакан не «липкостью», а нормальной силой и трением, которое препятствует скольжению вниз. Без трения гладкий цилиндр выскользнет даже из сильного захвата.
Но предмет с ручкой, крюком или геометрическим упором всё ещё можно удерживать: тогда работает форма и контактные силы. То есть мир без трения заставил бы полностью переработать дизайн инструментов.
Огонь не исчез бы, хотя спички стали бы бесполезнее
Популярный тезис «без трения не бывает огня» неверен. Горение — химическая реакция, и его можно запустить электрической искрой, нагревом, лазером или другой реакцией. Но многие способы получить начальное тепло — растирание дерева, чирканье спички — действительно используют трение.
Огонь после воспламенения не нуждается в постоянном механическом трении. Поэтому человечество потеряло бы удобный способ розжига, а не саму химию горения.
Машины и механизмы работали бы иначе — и не всегда лучше
На первый взгляд отсутствие износа и потерь кажется подарком: подшипники не нагреваются, детали не стираются. Но фрикционные муфты, тормоза, ременные передачи, винты и гвозди зависят от трения. Многие соединения перестали бы держаться.
Кроме того, реальная техника часто нуждается в демпфировании. Без рассеяния энергии колебания сохранялись бы дольше, делая системы труднее управляемыми.
Вселенная не исчезнет только потому, что исчезло бытовое трение
Планеты движутся по орбитам не благодаря трению; в космосе оно и так крайне мало. Атомы и молекулы существуют благодаря электромагнитному и квантовым взаимодействиям. Поэтому финал «без трения не будет материи» смешивает разные уровни физики.
Но привычная человеческая среда действительно стала бы почти неузнаваемой: ходьба, транспорт, узлы, письмо карандашом, зажигание спичек и огромное количество машин зависят от контролируемого трения.
По теме на Altgrunge также можно прочитать о опасном оптическом эксперименте Исаака Ньютона; истории белоголового орлана как символа США.
Источники и дополнительный контекст: OpenStax — Friction; Britannica — friction; The Physics Hypertextbook — friction; NIST — материалы по измерениям и физике.
