Trenje je fizički proces bez kojeg ni sam pokret u našem svijetu ne bi mogao postojati. U fizici, za izračunavanje apsolutne vrijednosti sile trenja, potrebno je poznavati poseban koeficijent za razmatrane površine trljanja. Kako pronaći koeficijent trenja? Ovaj će članak odgovoriti na ovo pitanje.
Trenje u fizici
Prije odgovora na pitanje kako pronaći koeficijent trenja, potrebno je razmotriti što je trenje i kojom se silom karakterizira.
U fizici postoje tri vrste ovog procesa koji se događa između čvrstih objekata. Ovo je trenje mirovanja, klizanja i kotrljanja. Trenje se uvijek javlja kada vanjska sila pokušava pomaknuti predmet. 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 onemogućuju bilo kogakretanje i točka primjene njihovih sila nalazi se u području dodira između površina dvaju objekata. Također, sve ove vrste pretvaraju mehaničku energiju u toplinu.
Sile klizanja i statičkog trenja uzrokovane su mikroskopskim hrapavostima na površinama koje trljaju. Osim toga, ove vrste nastaju zbog dipol-dipola i drugih vrsta interakcija između atoma i molekula koje tvore tijela koja se trljaju.
Uzrok trenja kotrljanja povezan je s histerezom elastične deformacije koja se pojavljuje na mjestu kontakta između predmeta kotrljanja 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 odgovarajuće vrste trenja.
Koeficijenti za trenje klizanja i mirovanja su bezdimenzijske veličine. To se može razumjeti gledajući jednakost sile trenja i koeficijenta trenja. Lijeva strana jednadžbe je izražena u njutonima, desna je također izražena u njutonima, budući da je N sila.
Što se tiče trenja kotrljanja, koeficijent za njega također će biti bezdimenzionalna vrijednost, međutim, definira se kao omjer linearne karakteristike elastične deformacije i polumjera kotrljajućeg objekta.
Treba reći da su tipične vrijednosti koeficijenata trenja klizanja i mirovanja desetine jedinice. Za trenjekotrljajući, ovaj koeficijent odgovara stotinkama i tisućinkama jedinice.
Kako pronaći koeficijent trenja?
Koeficijent µtovisi o brojnim čimbenicima koje je teško matematički uzeti u obzir. Navodimo neke od njih:
- materijal površina za trljanje;
- kvaliteta površine;
- prisutnost prljavštine, vode i tako dalje;
- površinske temperature.
Stoga, ne postoji formula za µt i ona se mora eksperimentalno mjeriti. Da bismo razumjeli kako pronaći koeficijent trenja, treba ga izraziti iz formule za Ft. Imamo:
µt =Ft/N.
Pokazuje se da je za saznanje µtpotrebno pronaći silu trenja i reakciju potpore.
Odgovarajući eksperiment se izvodi na sljedeći način:
- Uzmite tijelo i avion, na primjer, napravljeni od drveta.
- Pričvrstite dinamometar uz tijelo i ravnomjerno ga pomičite po površini.
U isto vrijeme, dinamometar pokazuje neku silu, koja je jednaka Ft. Reakcija tla jednaka je težini tijela na vodoravnoj površini.
Opisana metoda omogućuje vam 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 odlomku.
Problem za izračunavanje µt
Drvena greda je na staklenoj površini. Glatkim naginjanjem površine otkrili smo da klizanje grede počinje pod kutom nagiba od 15o. Koliki je koeficijent statičkog trenja za par drvo-staklo?
Kada je greda bila na nagnutoj ravnini na 15o, tada je sila trenja za nju imala maksimalnu vrijednost. Jednako je:
Ft=mgsin(α).
Sila N određena je formulom:
N=mgcos(α).
Primjenom formule za µt dobivamo:
µt=Ft/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).
Zamjenom kuta α dolazimo do odgovora: µt=0, 27.
