Fenomen trenja u ljudskom životu igra i pozitivnu i negativnu ulogu. S jedne strane, bez njegovog prisustva kretanje bi bilo nemoguće, s druge strane zbog trenja nastaju ogromni gubici energije i radnih materijala. U članku ćemo razmotriti sa stanovišta fizike šta je trenje, kao i kako pronaći koeficijent trenja.
Fenomen trenja
Trenje je kontaktna pojava koja se javlja u zoni dodira između različitih tijela i koja se suprotstavlja svakom njihovom međusobnom kretanju.
U mehanici kretanja čvrstih tijela razlikuju se tri vrste trenja:
- djelovanje u mirovanju;
- djelovanje dok klize površine jedna preko druge;
- uzrokovano kotrljajućim tijelima.
Trenje mirovanja nastaje kada primijenimo vanjsku tangencijalnu silu na površinu na tijelu da bismo je pomaknuli. Upečatljiv primjer trenja klizanja je klizanje skija po snijegu. Konačno, trenje tokom valjanjamanifestuje se kada se točak vozila kotrlja po putu.
Formula za određivanje sile trenja
U fizici, navedene vrste trenja se opisuju istom formulom kada se računaju djelujuće sile. Ova formula izgleda ovako:
Ft=µN.
Sila trenja Ft jednaka je umnošku koeficijenta trenja µ i reakcije oslonca N. Kada se razmatra odgovarajući tip trenja, samo vrijednost koeficijenta µ, što je bezdimenzionalna veličina, se mijenja.
U slučaju statičkih i kliznih sila trenja, vrijednost µ je oko desetinki jedinice. µ zavisi od materijala u kontaktu, od njihove hrapavosti površine i ne zavisi od površine kontakta ili brzine klizanja.
Za trenje kotrljanja, koeficijent µ (obično se označava kao CR) ovisi o karakteristikama elastičnosti kotrljajućeg tijela, njegovoj tvrdoći, polumjeru kotrljanja i nekim drugim faktori. Za većinu materijala, ovaj faktor kotrljanja je u stotim i tisućitim dijelovima jedinice.
Pošto postoji mnogo faktora koji utiču na vrednost µ, ne postoji definitivna matematička formula za njeno izračunavanje. Odgovarajući na pitanje kako pronaći koeficijent trenja, treba reći da se on mjeri eksperimentalno.
Određivanje koeficijenta µ
U ovom paragrafu ćemo razmotriti dva načina praktičnog određivanja vrijednosti µ koristeći primjer trenja klizanja i mirovanja.
Prvi način da se odgovori na pitanje kako pronaći koeficijent trenja,sastoji se u postavljanju šipke na horizontalnu ravninu na koju je pričvršćen dinamometar. Šipka i ravnina izrađeni su od ispitivanog para materijala, na primjer stakla i drveta. Ravnomjernim pomicanjem šipke, držeći dinamometar, možete odrediti silu klizanja Ft. Znajući masu m šipke, koeficijent µ se izračunava na sljedeći način:
µ=Ft / (mg).
Druga metoda je pogodna za određivanje µ za statičko trenje. Da biste to učinili, morate postaviti šipku na vodoravnu ravninu. Zatim, jedan kraj ravnine treba polako podići, naginjući ga pod određenim uglom prema horizontu. Pod određenim uglom θ, šipka će početi da klizi sa površine. Mjerenjem ovog ugla, koeficijent trenja µ se može odrediti iz jednačine:
µ=tg(θ).
Mjerenje µ za trenje kotrljanja uključuje korištenje sofisticiranijeg podešavanja zvanog nagnuto klatno. Proračun µ u ovom slučaju se vrši proučavanjem jednadžbi dinamike kretanja.
