Svaki kontakt između dva tijela rezultira silom trenja. U ovom slučaju nije bitno u kakvom se agregatnom stanju materije nalaze tijela, da li se kreću jedno u odnosu na drugo ili miruju. U ovom članku ćemo ukratko razmotriti koje vrste trenja postoje u prirodi i tehnologiji.
Trenje mirovanja
Za mnoge može biti čudna ideja da trenje tijela postoji čak i kada miruju jedno u odnosu na drugo. Osim toga, ova sila trenja je najveća sila među ostalim vrstama. Ona se manifestuje kada pokušamo da pomerimo bilo koji predmet. To može biti blok drveta, kamen ili čak točak.
Razlog postojanja statičke sile trenja je prisustvo neravnina na kontaktnim površinama, koje mehanički interaguju jedna s drugom po principu vrha.
Sila statičkog trenja izračunava se pomoću sljedeće formule:
Ft1=µtN
Ovdje je N reakcija oslonca s kojim površina djeluje na tijelo duž normale. Parametar µt je koeficijent trenja. Zavisi odmaterijal dodirnih površina, kvalitet obrade ovih površina, njihova temperatura i neki drugi faktori.
Napisana formula pokazuje da statička sila trenja ne zavisi od površine kontakta. Izraz za Ft1 vam omogućava da izračunate takozvanu maksimalnu silu. U brojnim praktičnim slučajevima, Ft1 nije maksimum. Ona je uvijek jednaka po veličini vanjskoj sili koja nastoji izvući tijelo iz mirovanja.
Trenje odmora igra važnu ulogu u životu. Zahvaljujući tome, možemo se kretati po tlu, odričući se od njega tabanima, bez klizanja. Bilo koja tijela koja se nalaze u ravninama nagnutim prema horizontu ne skliznu s njih zbog sile Ft1.
Trenje tokom klizanja
Još jedan važan tip trenja za osobu manifestira se kada jedno tijelo klizi preko površine drugog. Ovo trenje nastaje iz istog fizičkog razloga kao i statičko trenje. Štaviše, njegova snaga se izračunava pomoću slične formule.
Ft2=µkN
Jedina razlika u odnosu na prethodnu formulu je upotreba različitih koeficijenata za trenje klizanja µk. Koeficijenti µk su uvijek manji od sličnih parametara za statičko trenje za isti par površina za trljanje. U praksi se ova činjenica manifestuje na sljedeći način: postepeno povećanje vanjske sile dovodi do povećanja vrijednosti Ft1 sve dok ne dostigne svoju maksimalnu vrijednost. Nakon toga onanaglo pada za nekoliko desetina posto na vrijednost Ft2 i održava se konstantnim tokom kretanja tijela.
Koeficijent µk zavisi od istih faktora kao parametar µt za statičko trenje. Sila trenja klizanja Ft2 praktično ne zavisi od brzine kretanja tela. Samo pri velikim brzinama postaje primjetno smanjenje.
Važnost trenja klizanja za ljudski život može se vidjeti u primjerima kao što su skijanje ili klizanje. U ovim slučajevima, koeficijent µk se smanjuje modifikacijom površina za trljanje. Naprotiv, posipanje puteva solju i peskom ima za cilj da poveća vrednosti koeficijenata µk i µt.
Trenje kotrljanja
Ovo je jedna od važnih vrsta trenja za funkcionisanje moderne tehnologije. Prisutan je prilikom rotacije ležajeva i kretanja točkova vozila. Za razliku od trenja klizanja i mirovanja, trenje kotrljanja nastaje zbog deformacije točka tokom kretanja. Ova deformacija, koja se javlja u elastičnom području, rasipa energiju kao rezultat histereze, manifestirajući se kao sila trenja tokom kretanja.
Proračun maksimalne sile trenja kotrljanja vrši se prema formuli:
Ft3=d/RN
To jest, sila Ft3, kao što su sile Ft1 i Ft2, je direktno proporcionalna reakciji oslonca. Međutim, to također ovisi o tvrdoći materijala u kontaktu i polumjeru točka R. Vrijednostd se naziva koeficijent otpora kotrljanja. Za razliku od koeficijenata µk i µt, d ima dimenziju dužine.
U pravilu, bezdimenzionalni omjer d/R ispada 1-2 reda veličine manji od vrijednosti µk. To znači da je kretanje tijela uz pomoć kotrljanja energetski mnogo povoljnije nego uz pomoć klizanja. Zbog toga se trenje kotrljanja koristi na svim trljajućim površinama mehanizama i mašina.
Ugao trenja
Sve tri vrste gore opisanih manifestacija trenja karakterizira određena sila trenja Ft, koja je direktno proporcionalna N. Obje sile su usmjerene pod pravim uglom jedna u odnosu na drugu. Ugao koji njihov vektorski zbir formira sa normalom na površinu naziva se ugao trenja. Da bismo razumjeli njegovu važnost, upotrijebimo ovu definiciju i zapišemo je u matematičkom obliku, dobićemo:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Dakle, tangent ugla trenja θ jednak je koeficijentu trenja k za datu vrstu sile. To znači da što je veći ugao θ, veća je i sama sila trenja.
Trenje u tečnostima i gasovima
Kada se čvrsto tijelo kreće u plinovitom ili tekućem mediju, ono se stalno sudara sa česticama ovog medija. Ovi sudari, praćeni gubitkom brzine krutog tijela, uzrok su trenja u tekućim supstancama.
Ova vrsta trenja u velikoj mjeri ovisi o brzini. Dakle, pri relativno malim brzinama, sila trenjaispada direktno proporcionalna brzini kretanja v, dok pri velikim brzinama govorimo o proporcionalnosti v2.
Postoji mnogo primjera ovog trenja, od kretanja čamaca i brodova do leta aviona.
