Sila trenja je fizička veličina koja sprječava bilo kakvo kretanje tijela. Nastaje, po pravilu, kada se tijela kreću u čvrstoj, tečnoj i gasovitoj materiji. Različite vrste sila trenja igraju važnu ulogu u ljudskom životu, jer onemogućavaju pretjerano povećanje brzine tijela.
Klasifikacija sila trenja
U opštem slučaju, sve vrste sila trenja su opisane sa tri tipa: sila trenja klizanja, kotrljanja i mirovanja. Prva je statična, druga dva su dinamična. Trenje u mirovanju sprečava da se tijelo počne kretati, a kod klizanja, trenje postoji kada se tijelo trlja o površinu drugog tijela tokom svog kretanja. Trenje kotrljanja nastaje kada se okrugli predmet kreće. Uzmimo primjer. Upečatljiv primjer tipa (sila trenja kotrljanja) je kretanje kotača automobila po asf altu.
Priroda sila trenja je postojanje mikroskopskih nesavršenosti između trljajućih površina dvaju tijela. Iz tog razloga, rezultirajuća sila djeluje napredmet koji se kreće ili počinje kretati, sastoji se od zbira sile normalne reakcije oslonca N, koji je usmjeren okomito na površinu tijela koja dodiruju, i sile trenja F. Ova druga je usmjerena paralelno sa kontaktna površina i suprotna je kretanju tijela.
Trenje između dva čvrsta tijela
Kada se razmatra pitanje različitih vrsta sila trenja, za dva čvrsta tijela uočeni su sljedeći obrasci:
- Sila trenja je usmjerena paralelno sa površinom oslonca.
- Koeficijent trenja zavisi od prirode dodirnih površina, kao i od njihovog stanja.
- Maksimalna sila trenja je direktno proporcionalna normalnoj sili ili reakciji oslonca koja djeluje između dodirnih površina.
- Za ista tijela, sila trenja je veća prije nego što se tijelo počne kretati, a zatim se smanjuje kada se tijelo počne kretati.
- Koeficijent trenja ne zavisi od površine kontakta i praktično ne zavisi od brzine klizanja.
Zakoni
Sažimajući eksperimentalni materijal o zakonima kretanja, ustanovili smo sljedeće osnovne zakone u vezi trenja:
- Otpor klizanja između dva tijela proporcionalan je normalnoj sili koja djeluje između njih.
- Otpor kretanju između tijela koja se trlja ne ovisi o kontaktnoj površini između njih.
Da bismo demonstrirali drugi zakon, možemo dati sljedeći primjer: ako uzmete blok i pomaknete ga klizanjem po površini, tada je potrebna sila za takvo kretanjeće biti isti kada blok leži na površini svojom dugom stranom i kada stoji svojim krajem.
Zakone o različitim vrstama sila trenja u fizici otkrio je krajem 15. stoljeća Leonard da Vinci. Potom su bili dugo zaboravljeni, a tek 1699. ponovo ih je otkrio francuski inženjer Amonton. Od tada, zakoni trenja nose njegovo ime.
Zašto je sila trenja veća od sile klizanja u mirovanju?
Kada se razmatra nekoliko vrsta sila trenja (mirovanja i klizanja), treba napomenuti da je statička sila trenja uvijek manja ili jednaka umnošku koeficijenta statičkog trenja i sile reakcije oslonca. Koeficijent trenja se eksperimentalno određuje za ove materijale za trljanje i unosi u odgovarajuće tabele.
Dinamička sila se izračunava na isti način kao i statička sila. Samo u ovom slučaju koeficijent trenja se koristi posebno za klizanje. Koeficijent trenja se obično označava grčkim slovom Μ (mu). Dakle, opšta formula za obe sile trenja je: Ftr=ΜN, gde je N sila reakcije oslonca.
Priroda razlike između ovih vrsta sila trenja nije precizno utvrđena. Međutim, većina naučnika vjeruje da je statička sila trenja veća od sile klizanja, jer kada tijela miruju jedno u odnosu na drugo neko vrijeme, između njihovih površina mogu nastati ionske veze ili mikrofuzije pojedinih tačaka površina. Ovi faktori uzrokuju povećanje statikeindikator.
Primjer nekoliko vrsta sila trenja i njihova manifestacija je klip u cilindru motora automobila, koji je "zalemljen" za cilindar ako motor ne radi duže vrijeme.
Horizontalno klizno tijelo
Dobijmo jednačinu gibanja za tijelo koje pod djelovanjem vanjske sile Fin počinje da se kreće po površini klizanjem. U ovom slučaju na tijelo djeluju sljedeće sile:
- Fv – vanjska sila;
- Ftr – sila trenja koja je suprotna u smjeru sile Fv;
- N je sila reakcije oslonca, koja je po apsolutnoj vrijednosti jednaka težini tijela P i usmjerena je na površinu, odnosno pod pravim uglom u odnosu na nju.
Uzimajući u obzir smjerove svih sila, pišemo Newtonov drugi zakon za ovaj slučaj kretanja: Fv - Ftr=ma, gdje je m - masa tijela, a - ubrzanje kretanja. Znajući da je Ftr=ΜN, N=P=mg, gdje je g ubrzanje slobodnog pada, dobijamo: Fv – Μmg=ma. Odatle, izražavajući ubrzanje kojim se klizno tijelo kreće, dobijamo: a=F u / m – Μg.
Kretanje krutog tijela u tečnosti
Kada se razmatraju koje vrste sila trenja postoje, treba spomenuti važan fenomen u fizici, a to je opis kretanja čvrstog tijela u tekućini. U ovom slučaju govorimo o aerodinamičkom trenju, koje se određuje u zavisnosti od brzine kretanja tijela u tekućini. Postoje dvije vrste kretanja:
- Kadakruto tijelo se kreće malom brzinom, govori se o laminarnom kretanju. Sila trenja pri laminarnom kretanju proporcionalna je brzini. Primjer je Stokesov zakon za sferna tijela.
- Kada se kretanje tijela u fluidu dogodi većom brzinom od određene granične vrijednosti, tada oko tijela počinju da se pojavljuju vrtlozi iz tokova fluida. Ovi vrtlozi stvaraju dodatnu silu koja ometa kretanje, i kao rezultat toga, sila trenja je proporcionalna kvadratu brzine.
Priroda sile trenja kotrljanja
Kada se govori o vrstama sila trenja, uobičajeno je da se sila trenja kotrljanja naziva trećom vrstom. Manifestuje se kada se tijelo kotrlja preko određene površine i dolazi do deformacije tog tijela i same površine. Odnosno, u slučaju apsolutno nedeformabilnog tijela i površine, nema smisla govoriti o sili trenja kotrljanja. Pogledajmo izbliza.
Koncept koeficijenta trenja kotrljanja sličan je onom za klizanje. Pošto nema klizanja između površina tela tokom kotrljanja, koeficijent trenja kotrljanja je mnogo manji nego kod klizanja.
Glavni faktor koji utiče na koeficijent je histereza mehaničke energije za vrstu sile trenja kotrljanja. Konkretno, točak se, u zavisnosti od materijala od kojeg je napravljen, kao i od opterećenja koje nosi, elastično deformiše tokom kretanja. Ponavljajući ciklusi elastične deformacije dovode do prijenosa dijela mehaničke energije u toplinsku energiju. Osim toga, zbogoštećenje, kontakt točka i površine već ima ograničenu kontaktnu površinu.
formula sile trenja kotrljanja
Ako primijenimo izraz za moment sile koja rotira točak, onda možemo dobiti da je sila trenja kotrljanja Ftr.k.=Μ k N / R, ovdje je N reakcija oslonca, R je polumjer točka, Μk – koeficijent trenja kotrljanja. Dakle, sila trenja kotrljanja je obrnuto proporcionalna poluprečniku, što objašnjava prednost velikih točkova nad malim.
Obrnuta proporcionalnost ove sile sa poluprečnikom točka sugeriše da je u slučaju dva točka različitog poluprečnika koji imaju istu masu i napravljeni su od istog materijala, točak većeg radijusa lakše za pomaknuti.
Omjer kotrljanja
U skladu sa formulom za ovu vrstu sile trenja dobijamo da koeficijent trenja kotrljanja Μk ima dimenziju dužine. To uglavnom zavisi od prirode tijela u kontaktu. Vrijednost, koja je određena omjerom koeficijenta trenja kotrljanja i polumjera, naziva se koeficijent kotrljanja, odnosno Ck=Μk / R je bezdimenzionalna veličina.
Koeficijent kotrljanja Ck je znatno manji od koeficijenta trenja klizanja Μtr. Stoga, kada odgovaramo na pitanje koja je vrsta sile trenja najmanja, možemo sa sigurnošću nazvati silu trenja kotrljanja. Zahvaljujući ovoj činjenici, pronalazak točka se smatra važnim korakom u tehnološkom napretku.čovječanstvo.
Omjer kotrljanja je specifičan za sistem i ovisi o sljedećim faktorima:
- tvrdoća točka i površine (što je manja deformacija tijela koja se javlja tokom kretanja, to je manji koeficijent kotrljanja);
- radijus točka;
- težina koja djeluje na točak;
- kontaktna površina i njen oblik;
- viskozitet u području kontakta između točka i površine;
- tjelesna temperatura
