Trenje je fizički proces bez kojeg ni sam pokret u našem svijetu ne bi mogao postojati. U fizici, da bi se izračunala apsolutna vrijednost sile trenja, potrebno je poznavati poseban koeficijent za razmatrane površine trljanja. Kako pronaći koeficijent trenja? Ovaj članak će odgovoriti na ovo pitanje.
Trenje u fizici
Prije odgovora na pitanje kako pronaći koeficijent trenja, potrebno je razmotriti šta je trenje i kojom silom se karakteriše.
U fizici postoje tri tipa ovog procesa koji se dešava između čvrstih objekata. Ovo je trenje mirovanja, klizanja i kotrljanja. Trenje se uvijek javlja kada vanjska sila pokušava pomjeriti objekt. Trenje klizanja, kao što ime govori, nastaje kada jedna površina klizi preko druge. Konačno, trenje kotrljanja nastaje kada se okrugli predmet (točak, lopta) kotrlja po nekoj površini.
Ono što je zajedničko svim tipovima je činjenica da onemogućavaju bilo kogakretanje i mjesto primjene njihovih sila nalazi se u području dodira između površina dvaju objekata. Takođe, sve ove vrste pretvaraju mehaničku energiju u toplotu.
Sile klizanja i statičkog trenja uzrokovane su mikroskopskim hrapavostima na površinama koje trljaju. Osim toga, ovi tipovi su posljedica dipol-dipola i drugih vrsta interakcija između atoma i molekula koji formiraju tijela koja se trljaju.
Uzrok trenja kotrljanja povezan je sa histerezom elastične deformacije koja se pojavljuje na mjestu kontakta između kotrljajućeg predmeta i površine.
Sila trenja i koeficijent trenja
Sve tri vrste čvrstih sila trenja opisuju se izrazima koji imaju isti oblik. Evo nje:
Ft=µtN.
Ovdje je N sila koja djeluje okomito na površinu tijela. To se zove reakcija podrške. Vrijednost µt- naziva se koeficijent odgovarajućeg tipa trenja.
Koeficijenti za trenje klizanja i mirovanja su bezdimenzionalne veličine. Ovo se može razumjeti gledajući jednakost sile trenja i koeficijenta trenja. Lijeva strana jednačine je izražena u njutnima, desna je također izražena u njutnima, pošto je N sila.
Što se tiče trenja kotrljanja, koeficijent za njega će također biti bezdimenzionalna vrijednost, međutim, on se definira kao omjer linearne karakteristike elastične deformacije i polumjera kotrljajućeg objekta.
Treba reći da su tipične vrijednosti koeficijenata trenja klizanja i mirovanja desetine jedinice. Za trenjepri kotrljanju, ovaj koeficijent odgovara stotim i tisućitim delovima jedinice.
Kako pronaći koeficijent trenja?
Koeficijent µtzavisi od brojnih faktora koje je teško matematički uzeti u obzir. Navodimo neke od njih:
- materijal površina za trljanje;
- kvaliteta površine;
- prisustvo prljavštine, vode i tako dalje;
- temperature površine.
Stoga, ne postoji formula za µt, i ona se mora eksperimentalno izmjeriti. Da bismo razumjeli kako pronaći koeficijent trenja, treba ga izraziti iz formule za Ft. Imamo:
µt =Ft/N.
Ispostavilo se da je za saznanje µtpotrebno pronaći silu trenja i reakciju oslonca.
Odgovarajući eksperiment se izvodi na sljedeći način:
- Uzmite tijelo i avion, na primjer, napravljen od drveta.
- Pričvrstite dinamometar za tijelo i ravnomjerno ga pomjerajte po površini.
U isto vrijeme, dinamometar pokazuje neku silu, koja je jednaka Ft. Reakcija tla jednaka je težini tijela na horizontalnoj površini.
Opisani metod vam omogućava da shvatite koliki je koeficijent statičkog i kliznog trenja. Slično, možete eksperimentalno odrediti µtrolling.
Druga eksperimentalna metoda za određivanje µt data je u obliku problema u sljedećem paragrafu.
Problem za izračunavanje µt
Drvena greda je na staklenoj površini. Glatkim naginjanjem površine otkrili smo da klizanje grede počinje pod uglom nagiba od 15o. Koliki je koeficijent statičkog trenja za par drvo-staklo?
Kada je greda bila na kosoj ravni pri 15o, tada je sila trenja za nju imala maksimalnu vrijednost. Jednako je:
Ft=mgsin(α).
Sila N je određena formulom:
N=mgcos(α).
Primjenom formule za µt dobijamo:
µt=Ft/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).
Zamjenom ugla α dolazimo do odgovora: µt=0, 27.
