Trenje je fenomen s kojim se stalno susrećemo u svakodnevnom životu. Nemoguće je odrediti je li trenje štetno ili korisno. Čini se da je čak i korak na skliskom ledu težak zadatak, hodanje po gruboj asf altnoj podlozi je užitak. Autodijelovi bez podmazivanja troše se mnogo brže.
Proučavanje trenja, poznavanje njegovih osnovnih svojstava omogućuje osobi da ga koristi.
Sila trenja u fizici
Sila koja proizlazi iz gibanja ili pokušaja gibanja jednog tijela po površini drugog, usmjerena protiv smjera gibanja, primijenjena na tijela koja se kreću, naziva se sila trenja. Modul sile trenja, čija formula ovisi o mnogim parametrima, varira ovisno o vrsti otpora.
Razlikuju se sljedeće vrste trenja:
• odmor;
• slip;
• kotrljanje.
Svaki pokušaj pomicanja teškog predmeta (ormarić, kamen) s njegovog mjesta dovodi do napetosti čovjekove snage. Istodobno, nije uvijek moguće pokrenuti objekt. Trenje mirovanja to ometa.
Stanje mirovanja
Formula za proračun statičke sile trenjane dopušta nam da ga dovoljno točno odredimo. Na temelju Newtonovog trećeg zakona, veličina sile statičkog otpora ovisi o primijenjenoj sili.
Kako sila raste, raste i sila trenja.
0 < Fproblemi s odmorom < Fmax
Trenje mirovanja sprječava ispadanje čavala zabijenih u drvo; gumbi našiveni koncem čvrsto se drže na mjestu. Zanimljivo je da je otpor mirovanja ono što čovjeku omogućuje hodanje. Štoviše, usmjeren je u smjeru ljudskog kretanja, što je u suprotnosti s općim stanjem stvari.
Fenomen klizanja
Kada vanjska sila koja pomiče tijelo poraste na vrijednost najveće sile statičkog trenja, ono se počinje kretati. Sila trenja klizanja razmatra se u procesu klizanja jednog tijela po površini drugog. Njegova vrijednost ovisi o svojstvima površina koje međusobno djeluju i sili okomitog djelovanja na površinu.
Formula za izračunavanje sile trenja klizanja: F=ΜP, gdje je Μ koeficijent proporcionalnosti (trenje klizanja), P je sila okomitog (normalnog) pritiska.
Jedna od pokretačkih sila je sila trenja klizanja, čija se formula zapisuje korištenjem sile reakcije oslonca. Zbog ispunjenja trećeg Newtonovog zakona, sile normalnog tlaka i reakcija oslonca jednake su po veličini i suprotne po smjeru: R=N.
Prije nego što pronađete silu trenja, čija formula ima drugačiji oblik (F=M N), odredite reakcijsku silu.
Koeficijent otpora klizanja uveden je eksperimentalno za dvije trljajuće površine, ovisi o kvaliteti njihove obrade i materijala.
Stol. 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+željezo | 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 kliznog trenja.
Ovo postaje važno pri rješavanju problema za određivanje jačine otpora pri vožnji. Na primjer, knjiga, koja se pomiče rukom pritisnutom odozgo, klizi pod djelovanjem sile otpora mirovanja koja nastaje između ruke i knjige. Količina otpora ovisi o vrijednosti vertikalne sile pritiska na knjigu.
fenomen kotrljanja
Prelazak naših predaka s šlepera na kola smatra se revolucionarnim. Izum kotača najveći je izum čovječanstva. Trenje kotrljanja koje nastaje kada se kotač pomiče po površini značajno je inferiorno u odnosu na otpor klizanja.
Pojava sila trenja kotrljanja povezana je sa silama normalnog pritiska kotača na površinu, 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 izračun 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 dodirne površine izgledaju kao izbočine s oštrim vrhovima. Kada se nadograđuju, to su izbočeni dijelovi tijela koji su u kontaktu jedan s drugim. Ukupna površina kontakta je beznačajna. Prilikom pomicanja ili pokušaja pomicanja tijela, "vrhunci" stvaraju otpor. Veličina sile trenja ne ovisi o površini 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 podrijetla sila. To su elektromagnetske 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 nabijenih tijela. Neovisnost sila otpora od međusobnog položaja tijela omogućuje 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 tekućini.
Kretanje u tekućini i plinu
Kretanje čvrstog tijela u tekućini ili plinu, tekućina u blizini čvrste površine je praćena viskoznim otporom. Njegova pojava povezana je s međudjelovanjem slojeva tekućine zahvaćenih čvrstim tijelom u procesu gibanja. Različite brzine slojeva su izvor viskoznog trenja. Posebnost ovog fenomena je odsutnost statičkog trenja tekućine. Bez obzira na veličinu vanjskog utjecaja, tijelo se počinje kretati dok je u tekućini.
Ovisno o brzini kretanja, sila otpora određena je brzinom gibanja, oblikom tijela koje se kreće i viskoznošću tekućine. Kretanje u vodi i ulju istog tijela popraćeno je otporom različite veličine.
Za male brzine: F=kv, gdje je k faktor proporcionalnosti koji ovisi o linearnim dimenzijama tijela i svojstvima medija, v je brzina tijela.
Temperatura tekućine također utječe na trenje u njoj. U mraznom vremenu, automobil se zagrijava tako da se ulje zagrijava (smanjuje se viskozitet) i pomaže u smanjenju uništavanja dijelova motora u kontaktu.
Ubrzaj
Značajno povećanje brzine tijela može uzrokovati pojavu turbulentnih tokova, dok otpor dramatično raste. Vrijednosti su: kvadrat brzine kretanja, gustoća medija i površina tijela. Formula sile trenja poprima drugačiji oblik:
F=kv2, gdje je k faktor proporcionalnosti koji ovisi o obliku tijela i svojstvima medija, v je brzina tijela.
Ako je tijelo moderno, turbulencija se može smanjiti. Oblik tijela dupina i kitova savršen je primjer zakona prirode koji utječu 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 izračunava se po formuli: A=Fscosα, gdje je F sila pod kojom se tijelo pomiče za udaljenost s, α je kut između smjerova sile i pomaka.
Očito, sila otpora je suprotna kretanju tijela, odakle je cosα=-1. Rad sile trenja, čija je formula Atr=- Fs, vrijednost je negativna. U tom se slučaju mehanička energija pretvara u unutarnju energiju (deformacija, zagrijavanje).
