Fenomen trenja u ljudskom životu igra i pozitivnu i negativnu ulogu. S jedne strane, bez njegove prisutnosti, kretanje bi bilo nemoguće, s druge strane zbog trenja nastaju ogromni gubici energije i radnih materijala. U članku ćemo sa stajališta fizike razmotriti što 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 gibanja čvrstih tijela razlikuju se tri vrste trenja:
- djelovanje u mirovanju;
- djelovanje dok klize plohe jedna preko druge;
- uzrokovano kotrljanjem tijela.
Trenje mirovanja nastaje kada primijenimo vanjsku tangencijalnu silu na površinu na tijelu kako bismo je pomaknuli. Upečatljiv primjer trenja klizanja je klizanje skija po snijegu. Konačno, trenje tijekom valjanjamanifestira se kada se kotač vozila kotrlja po cesti.
Formula za određivanje sile trenja
U fizici se navedene vrste trenja 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 potpore N. Kada se razmatra odgovarajući tip trenja, samo vrijednost koeficijenta µ, što je bezdimenzijska veličina, mijenja se.
U slučaju statičkih i kliznih sila trenja, vrijednost µ je oko desetinki jedinice. µ ovisi o materijalima u kontaktu, o njihovoj hrapavosti površine i ne ovisi o kontaktnoj površini ili brzini klizanja.
Za trenje kotrljanja, koeficijent µ (obično se označava CR) ovisi o karakteristikama elastičnosti tijela kotrljanja, o njegovoj tvrdoći, o radijusu kotrljanja i nekim drugim čimbenici. Za većinu materijala ovaj faktor kotrljanja iznosi stotinke i tisućinke jedinice.
Budući da postoji mnogo čimbenika koji utječu na vrijednost µ, ne postoji definitivna matematička formula za njezin izračun. Odgovarajući na pitanje kako pronaći koeficijent trenja, treba reći da se on mjeri eksperimentalno.
Određivanje koeficijenta µ
U ovom odlomku razmotrit ćemo 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 vodoravnu 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 kliznu silu Ft. Znajući masu m šipke, koeficijent µ se izračunava na sljedeći način:
µ=Ft / (mg).
Druga metoda je prikladna 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 kutom prema horizontu. Pod određenim kutom θ, šipka će početi kliziti s površine. Mjerenjem ovog kuta, koeficijent trenja µ se može odrediti iz jednadžbe:
µ=tg(θ).
Mjerenje µ za trenje kotrljanja uključuje korištenje sofisticiranijeg podešavanja zvanog nagnuto njihalo. Izračun µ u ovom slučaju se izvodi proučavanjem jednadžbi dinamike gibanja.
