Svaki kontakt između dva tijela rezultira silom trenja. U ovom slučaju nije važno u kakvom su agregatnom stanju tvari tijela, kreću li se jedno u odnosu na drugo ili miruju. U ovom članku ukratko ćemo razmotriti koje vrste trenja postoje u prirodi i tehnologiji.
Trenje mirovanja
Za mnoge je možda čudna ideja da trenje tijela postoji čak i kada miruju jedno u odnosu na drugo. Osim toga, ova sila trenja je najveća sila među ostalim vrstama. Manifestira se kada pokušamo pomaknuti bilo koji predmet. To može biti blok drveta, kamen ili čak kotač.
Razlog postojanja statičke sile trenja je prisutnost nepravilnosti na kontaktnim površinama, koje mehanički međusobno djeluju po principu vrha.
Sila statičkog trenja izračunava se pomoću sljedeće formule:
Ft1=µtN
Ovdje je N reakcija oslonca s kojim površina djeluje na tijelo duž normale. Parametar µt je koeficijent trenja. Ovisi omaterijal dodirnih površina, kvaliteta obrade ovih površina, njihova temperatura i neki drugi čimbenici.
Napisana formula pokazuje da statička sila trenja ne ovisi o kontaktnoj površini. Izraz za Ft1 omogućuje vam izračunavanje takozvane maksimalne sile. U brojnim praktičnim slučajevima, Ft1 nije maksimum. Uvijek je jednaka po veličini vanjskoj sili koja nastoji izvući tijelo iz mirovanja.
Trenje odmora igra važnu ulogu u životu. Zahvaljujući tome, možemo se kretati po tlu, odgurujući se od njega tabanima, bez klizanja. Tijela koja se nalaze u ravninama nagnutim prema horizontu ne skliznu s njih zbog sile Ft1.
Trenje tijekom klizanja
Druga važna vrsta trenja za osobu manifestira se kada jedno tijelo klizi preko površine drugog. Ovo trenje nastaje iz istog fizičkog razloga kao i statičko trenje. Štoviše, njegova se snaga izračunava pomoću slične formule.
Ft2=µkN
Jedina razlika u odnosu na prethodnu formulu je korištenje različitih koeficijenata za trenje klizanja µk. Koeficijenti µk uvijek su manji od sličnih parametara za statičko trenje za isti par površina za trljanje. U praksi se ta činjenica očituje na sljedeći način: postupno povećanje vanjske sile dovodi do povećanja vrijednosti Ft1 sve dok ne dostigne svoju maksimalnu vrijednost. Nakon toga onanaglo pada za nekoliko desetaka posto na vrijednost Ft2 i održava se konstantnim tijekom kretanja tijela.
Koeficijent µk ovisi o istim čimbenicima kao parametar µt za statičko trenje. Sila trenja klizanja Ft2 praktički ne ovisi o brzini kretanja tijela. Samo pri velikim brzinama postaje vidljivo smanjenje.
Važnost trenja klizanja za ljudski život može se vidjeti u primjerima kao što su skijanje ili klizanje. U tim slučajevima, koeficijent µk se smanjuje modificiranjem površina za trljanje. Naprotiv, posipanje cesta solju i pijeskom ima za cilj povećanje vrijednosti koeficijenata µk i µt.
Trenje kotrljanja
Ovo je jedna od važnih vrsta trenja za funkcioniranje moderne tehnologije. Prisutan je tijekom rotacije ležajeva i kretanja kotača vozila. Za razliku od trenja klizanja i mirovanja, trenje kotrljanja nastaje zbog deformacije kotača tijekom kretanja. Ova deformacija, koja se javlja u elastičnom području, rasipa energiju kao rezultat histereze, očitujući se kao sila trenja tijekom kretanja.
Proračun maksimalne sile trenja kotrljanja provodi se prema formuli:
Ft3=d/RN
To jest, sila Ft3, kao što su sile Ft1 i Ft2, izravno proporcionalan reakciji oslonca. Međutim, također ovisi o tvrdoći materijala u dodiru i polumjeru kotača R. Vrijednostd se naziva koeficijent otpora kotrljanja. Za razliku od koeficijenata µk i µt, d ima dimenziju duljine.
U pravilu, bezdimenzijski omjer d/R ispada za 1-2 reda veličine manji od vrijednosti µk. To znači da je kretanje tijela uz pomoć kotrljanja energetski mnogo povoljnije nego uz pomoć klizanja. Zato se trenje kotrljanja koristi u svim trljajućim površinama mehanizama i strojeva.
Ugao trenja
Sve tri vrste gore opisanih manifestacija trenja karakterizira određena sila trenja Ft, koja je izravno proporcionalna N. Obje sile su usmjerene pod pravim kutom jedna u odnosu na drugu. Kut koji njihov vektorski zbroj tvori s normalom na površinu naziva se kut trenja. Da bismo razumjeli njegovu važnost, upotrijebimo ovu definiciju i zapišemo je u matematičkom obliku, dobit ćemo:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Dakle, tangent kuta trenja θ jednak je koeficijentu trenja k za danu vrstu sile. To znači da što je veći kut θ, veća je i sama sila trenja.
Trenje u tekućinama i plinovima
Kada se čvrsto tijelo kreće u plinovitom ili tekućem mediju, ono se neprestano sudara s česticama tog medija. Ti sudari, praćeni gubitkom brzine krutog tijela, uzrok su trenja u tekućim tvarima.
Ova vrsta trenja uvelike ovisi o brzini. Dakle, pri relativno malim brzinama, sila trenjaispada izravno proporcionalna brzini kretanja v, dok pri velikim brzinama govorimo o proporcionalnosti v2.
Postoji mnogo primjera ovog trenja, od kretanja čamaca i brodova do leta zrakoplova.
