Trenje je fenomen sa kojim se stalno susrećemo u svakodnevnom životu. Nemoguće je utvrditi da li je trenje štetno ili korisno. Čini se da je čak i korak po klizavom ledu težak zadatak, hodanje po gruboj asf altnoj podlozi je zadovoljstvo. Autodijelovi bez podmazivanja troše se mnogo brže.
Proučavanje trenja, poznavanje njegovih osnovnih svojstava omogućava osobi da ga koristi.
Sila trenja u fizici
Sila koja proizlazi iz kretanja ili pokušaja kretanja jednog tijela po površini drugog, usmjerena protiv smjera kretanja, primijenjena na tijela koja se kreću, naziva se sila trenja. Modul sile trenja, čija formula zavisi od mnogih parametara, varira u zavisnosti od vrste otpora.
Razlikuju se sljedeće vrste trenja:
• odmor;
• slip;
• kotrljanje.
Svaki pokušaj pomjeranja teškog predmeta (ormarić, kamen) sa njegovog mjesta dovodi do napetosti čovjekove snage. Istovremeno, nije uvijek moguće pokrenuti objekt. Trenje mirovanja ovo ometa.
Stanje mirovanja
Formula za izračunavanje statičke sile trenjane dozvoljava nam da to odredimo dovoljno precizno. Na osnovu Njutnovog trećeg zakona, veličina sile statičkog otpora zavisi od primenjene sile.
Kako se povećava sila, raste i sila trenja.
0 < Frest problem < Fmax
Trenje mirovanja sprečava da ekseri zabijeni u drvo ispadnu; dugmad ušivena koncem čvrsto se drže na mjestu. Zanimljivo je da je otpor mirovanja ono što omogućava osobi da hoda. Štaviše, usmjeren je u pravcu ljudskog kretanja, što je u suprotnosti sa općim stanjem stvari.
Fenomen klizanja
Kada se vanjska sila koja pokreće tijelo poveća na vrijednost najveće sile statičkog trenja, ono počinje da se kreće. Sila trenja klizanja razmatra se u procesu klizanja jednog tijela po površini drugog. Njegova vrijednost zavisi od svojstava površina koje se međusobno djeluju i sile vertikalnog djelovanja na površinu.
Formula za izračunavanje sile trenja klizanja: F=ΜP, gdje je Μ koeficijent proporcionalnosti (trenje klizanja), P je sila vertikalnog (normalnog) pritiska.
Jedna od pokretačkih sila je sila trenja klizanja, čija je formula napisana pomoću sile reakcije oslonca. Zbog ispunjenja trećeg Newtonovog zakona, sile normalnog pritiska i reakcija oslonca su iste po veličini i suprotnog smjera: R=N.
Pre nego što pronađete silu trenja, čija formula ima drugačiji oblik (F=M N), odredite silu reakcije.
Koeficijent otpora klizanja se uvodi eksperimentalno za dvije trljajuće površine, zavisi od kvaliteta njihove obrade i materijala.
Table. Vrijednost koeficijenta otpora za različite površine
| pp | Površine u interakciji | Vrijednost koeficijenta trenja klizanja |
| 1 | Čelik+led | 0, 027 |
| 2 | Hrast+hrast | 0, 54 |
| 3 | Koža+lijevano željezo | 0, 28 |
| 4 | Bronza+gvožđe | 0, 19 |
| 5 | Bronza+lijevano željezo | 0, 16 |
| 6 | Čelik+čelik | 0, 15 |
Najveća sila statičkog trenja, čija je formula gore napisana, može se odrediti na isti način kao i sila trenja klizanja.
Ovo postaje važno kada se rješavaju problemi za određivanje jačine otpora pri vožnji. Na primjer, knjiga, koja se pokreće rukom pritisnutom odozgo, klizi pod djelovanjem sile otpora mirovanja koja nastaje između ruke i knjige. Količina otpora zavisi od vrijednosti sile vertikalnog pritiska na knjigu.
Fenomen kotrljanja
Prelazak naših predaka sa šlepera na kočije smatra se revolucionarnim. Pronalazak točka je najveći izum čovječanstva. Trenje kotrljanja koje se javlja kada se točak kreće preko površine je značajno inferiorno po veličini u odnosu na otpor klizanja.
Pojava sila trenja kotrljanja povezana je sa silama normalnog pritiska točka na podlogu, ima prirodu koja ga razlikuje od klizanja. Zbog neznatne deformacije kotača, u središtu formiranog područja i duž njegovih rubova nastaju različite sile pritiska. Ova razlika u silama određuje pojavu otpora kotrljanja.
Formula za izračunavanje sile trenja kotrljanja obično se uzima slično procesu klizanja. Razlika se vidi samo u vrijednostima koeficijenta otpora.
Priroda otpora
Kada se promijeni hrapavost površina za trljanje, mijenja se i vrijednost sile trenja. Pri velikom povećanju, dvije površine u kontaktu izgledaju kao izbočine sa oštrim vrhovima. Kada se naslanjaju, to su izbočeni dijelovi tijela koji su u kontaktu jedan s drugim. Ukupna površina kontakta je beznačajna. Prilikom kretanja ili pokušaja pokretanja tijela, "vrhovi" stvaraju otpor. Veličina sile trenja ne zavisi od površine dodirnih površina.
Čini se da dvije savršeno glatke površine ne bi trebale imati nikakav otpor. U praksi je sila trenja u ovom slučaju maksimalna. Ovo neslaganje se objašnjava prirodom porekla sila. To su elektromagnetne sile koje djeluju između atoma tijela u interakciji.
Mehanički procesi koji u prirodi nisu praćeni trenjem su nemogući, jer postoji mogućnost "isključivanja"ne postoji električna interakcija između naelektrisanih tela. Nezavisnost sila otpora od međusobnog položaja tijela omogućava nam da ih nazovemo nepotencijalnim.
Zanimljivo je da je sila trenja, čija se formula mijenja ovisno o brzini tijela u interakciji, proporcionalna kvadratu odgovarajuće brzine. Ova sila uključuje silu viskoznog otpora u fluidu.
Kretanje u tečnosti i gasu
Kretanje čvrstog tijela u tečnosti ili gasu, tečnosti u blizini čvrste površine je praćeno viskoznim otporom. Njegov nastanak je povezan sa interakcijom slojeva fluida zahvaćenih čvrstim tijelom u procesu kretanja. Različite brzine slojeva su izvor viskoznog trenja. Posebnost ovog fenomena je odsustvo statičkog trenja fluida. Bez obzira na veličinu spoljašnjeg uticaja, telo počinje da se kreće dok je u tečnosti.
U zavisnosti od brzine kretanja, sila otpora je određena brzinom kretanja, oblikom tijela u pokretu i viskoznošću fluida. Kretanje u vodi i ulju istog tijela je praćeno otporom različite veličine.
Za male brzine: F=kv, gdje je k faktor proporcionalnosti u zavisnosti od linearnih dimenzija tijela i svojstava medija, v je brzina tijela.
Temperatura tečnosti takođe utiče na trenje u njoj. U mraznom vremenu, automobil se zagrijava tako da se ulje zagrije (smanjuje se njegov viskozitet) i pomaže u smanjenju uništavanja dijelova motora u kontaktu.
Brzina kretanja
Značajno povećanje brzine tijela može uzrokovati pojavu turbulentnih tokova, dok se otpor dramatično povećava. Vrijednosti su: kvadrat brzine kretanja, gustina medija i površina tijela. Formula sile trenja poprima drugačiji oblik:
F=kv2, gdje je k faktor proporcionalnosti u zavisnosti od oblika tijela i svojstava medija, v je brzina tijela.
Ako je tijelo moderno, turbulencija se može smanjiti. Oblik tijela delfina i kitova savršen je primjer zakona prirode koji utiču na brzinu životinja.
energetski pristup
Pokretanje tijela ometa otpor okoline. Kada koriste zakon održanja energije, kažu da je promjena mehaničke energije jednaka radu sila trenja.
Rad sile se izračunava po formuli: A=Fscosα, gdje je F sila pod kojom se tijelo pomiče za udaljenost s, α je ugao između smjera sile i pomaka.
Očigledno, sila otpora je suprotna kretanju tijela, odakle je cosα=-1. Rad sile trenja, čija je formula Atr=- Fs, vrijednost je negativna. U ovom slučaju, mehanička energija se pretvara u unutrašnju energiju (deformacija, zagrijavanje).
