Svaki učenik zna da kada dođe do kontakta između dviju čvrstih površina, nastaje takozvana sila trenja. Razmotrimo u ovom članku što je to, fokusirajući se na točku primjene sile trenja.
Koje vrste sile trenja postoje?
Prije razmatranja točke primjene sile trenja, potrebno je ukratko podsjetiti koje vrste trenja postoje u prirodi i tehnologiji.
Počnimo razmatrati statičko trenje. Ovaj tip karakterizira stanje čvrstog tijela koje miruje na nekoj površini. Trenje mirovanja sprječava svaki pomak tijela iz stanja mirovanja. Na primjer, zbog djelovanja same te sile, teško nam je pomaknuti ormarić koji stoji na podu.
Trenje klizanja je druga vrsta trenja. Očituje se u slučaju dodira dviju površina koje klize jedna na drugu. Trenje klizanja suprotstavlja se gibanju (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 kotača ili ležajeva su glavni 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.
Točke primjene sila trenja klizanja i mirovanja
Iznad je rečeno da statično trenje sprječava vanjsku djelujuću silu, koja teži pomicanju predmeta duž dodirne površine. To znači da je smjer sile trenja suprotan smjeru vanjske sile paralelne s površinom. Točka primjene razmatrane sile trenja je u području dodira između dvije površine.
Važno je razumjeti 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 apsolutno je jednaka paralelnoj površini vanjske sile.
Što se tiče točke primjene 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, točka primjene sila trenja ne podudara se s težištem tijela. To znači da razmatrane sile stvaraju moment koji teži prevrtanju kliznog tijela prema naprijed. Potonje se može primijetiti kada biciklist snažno koči prednjim kotačem.
Trenje kotrljanja i njegova točka primjene
Budući da je fizički uzrok trenja kotrljanja drugačiji od onog za tipove trenja o kojima smo gore raspravljali, točka primjene sile trenja kotrljanja ima malo drugačiji karakter.
Pretpostavimo da je kotač automobila na pločniku. Očito je da je ovaj kotač deformiran. Površina njegovog kontakta s asf altom jednaka je 2dl, gdje je l širina kotača, 2d je duljina bočnog kontakta točka i asf alta. Sila trenja kotrljanja, u svojoj fizičkoj biti, očituje se u obliku reakcijskog momenta oslonca usmjerenog protiv rotacije kotača. Ovaj trenutak se izračunava na sljedeći način:
M=Nd
Ako ga podijelimo i pomnožimo s polumjerom kotača R, dobivamo:
M=Nd/RR=FtR gdje je Ft=Nd/R
Dakle, sila trenja kotrljanja Ft je zapravo reakcija oslonca, stvarajući moment sile koji teži usporiti rotaciju kotača.
Točka primjene ove sile usmjerena je okomito prema gore u odnosu na površinu ravnine i pomaknuta je udesno od središta mase za d (pod pretpostavkom da se kotač pomiče s lijeva na desno).
Primjer rješavanja problema
Akcijasila trenja bilo koje vrste nastoji usporiti mehaničko kretanje tijela, pretvarajući njihovu kinetičku energiju u toplinu. Riješimo sljedeći problem:
bar klizi po nagnutoj površini. Potrebno je izračunati ubrzanje njenog kretanja ako je poznato da je koeficijent za klizanje 0,35, a kut nagiba plohe 35o.
Razmotrimo koje sile djeluju na šipku. Najprije je gravitacijska komponenta usmjerena prema dolje duž klizne površine. Jednako je:
F=mgsin(α)
Drugo, stalna sila trenja djeluje prema gore duž ravnine, koja je usmjerena protiv vektora ubrzanja tijela. Može se odrediti formulom:
Ft=µtN=µtmgcos (α)
Tada će Newtonov zakon za šipku koja se kreće ubrzano a imati oblik:
ma=mgsin(α) - µtmgcos(α)=>
a=gsin(α) - µtgcos(α)
Zamjenom podataka u jednakost, dobivamo da je a=2,81 m/s2. Imajte na umu da pronađeno ubrzanje ne ovisi o masi šipke.
