Svaki student zna da kada dođe do kontakta između dvije čvrste površine, nastaje takozvana sila trenja. Razmotrimo u ovom članku šta je to, fokusirajući se na tačku primjene sile trenja.
Koje vrste sile trenja postoje?
Prije razmatranja tačke primjene sile trenja, potrebno je ukratko podsjetiti koje vrste trenja postoje u prirodi i tehnologiji.
Počnimo s razmatranjem statičkog trenja. Ovaj tip karakterizira stanje čvrstog tijela u mirovanju na nekoj površini. Trenje mirovanja sprječava bilo kakvo pomicanje tijela iz stanja mirovanja. Na primjer, zbog djelovanja same ove sile, teško nam je pomjeriti ormarić koji stoji na podu.
Trenje klizanja je druga vrsta trenja. Manifestira se u slučaju kontakta između dvije površine koje klize jedna na drugu. Trenje klizanja suprotstavlja se kretanju (smjer sile trenja je suprotan brzini tijela). Upečatljiv primjer njegovog djelovanja je skijaš ili klizač koji klizi po ledu na snijegu.
Konačno, treća vrsta trenja je kotrljanje. Uvijek postoji kada se jedno tijelo kotrlja po površini drugog. Na primjer, kotrljanje točka ili ležajeva su vrhunski primjeri gdje je trenje kotrljanja važno.
Prva dva od opisanih tipova nastaju zbog hrapavosti na površinama koje se trljaju. Treći tip nastaje zbog histereze deformacije kotrljajućeg tijela.
Tačke primjene sila trenja klizanja i mirovanja
Iznad je rečeno da statično trenje sprečava spoljašnju delujuću silu, koja teži da pomeri predmet duž kontaktne površine. To znači da je smjer sile trenja suprotan smjeru vanjske sile paralelne s površinom. Tačka primjene razmatrane sile trenja je u području dodira između dvije površine.
Važno je shvatiti da statička sila trenja nije konstantna vrijednost. Ima maksimalnu vrijednost koja se izračunava pomoću sljedeće formule:
Ft=µtN.
Međutim, ova maksimalna vrijednost se pojavljuje samo kada tijelo počne svoje kretanje. U svakom drugom slučaju, statička sila trenja je u apsolutnoj vrijednosti potpuno jednaka paralelnoj površini vanjske sile.
Što se tiče tačke primene sile trenja klizanja, ona se ne razlikuje od one za statičko trenje. Govoreći o razlici između statičkog i kliznog trenja, treba napomenuti apsolutni značaj ovih sila. Dakle, sila trenja klizanja za dati par materijala je konstantna vrijednost. Osim toga, uvijek je manja od maksimalne sile statičkog trenja.
Kao što vidite, tačka primene sila trenja se ne poklapa sa težištem tela. To znači da razmatrane sile stvaraju moment koji teži prevrtanju kliznog tijela naprijed. Ovo poslednje se može primetiti kada biciklista snažno koči prednjim točkom.
Trenje kotrljanja i njegova tačka primjene
Budući da je fizički uzrok trenja kotrljanja drugačiji od onog za tipove trenja o kojima smo gore govorili, tačka primjene sile trenja kotrljanja ima malo drugačiji karakter.
Pretpostavimo da je točak automobila na pločniku. Očigledno je da je ovaj točak deformisan. Površina njegovog kontakta sa asf altom jednaka je 2dl, gdje je l širina točka, 2d je dužina bočnog kontakta točka i asf alta. Sila trenja kotrljanja, u svojoj fizičkoj suštini, manifestuje se u obliku reakcionog momenta oslonca usmerenog protiv rotacije točka. Ovaj trenutak se izračunava na sljedeći način:
M=Nd
Ako ga podijelimo i pomnožimo poluprečnikom točka R, dobijamo:
M=Nd/RR=FtR gdje je Ft=Nd/R
Dakle, sila trenja kotrljanja Ft je zapravo reakcija oslonca, stvarajući moment sile koji teži da uspori rotaciju točka.
Tačka primjene ove sile je usmjerena okomito prema gore u odnosu na površinu ravni i pomjerena je udesno od centra mase za d (pod pretpostavkom da se točak kreće slijeva nadesno).
Primjer rješavanja problema
AkcijaSila trenja bilo koje vrste ima tendenciju da uspori mehaničko kretanje tijela, dok pretvara njihovu kinetičku energiju u toplinu. Hajde da riješimo sljedeći problem:
bar klizi po nagnutoj površini. Potrebno je izračunati ubrzanje njenog kretanja ako se zna da je koeficijent za klizanje 0,35, a ugao nagiba površine 35o.
Razmotrimo koje sile djeluju na šipku. Prvo, komponenta gravitacije je usmjerena prema dolje duž klizne površine. Jednako je:
F=mgsin(α)
Drugo, stalna sila trenja djeluje prema gore duž ravni, koja je usmjerena protiv vektora ubrzanja tijela. Može se odrediti po formuli:
Ft=µtN=µtmgcos (α)
Tada će Newtonov zakon za šipku koja se kreće ubrzanjem a imati oblik:
ma=mgsin(α) - µtmgcos(α)=>
a=gsin(α) - µtgcos(α)
Zamjenom podataka u jednakost, dobijamo da je a=2,81 m/s2. Imajte na umu da pronađeno ubrzanje ne zavisi od mase šipke.
