Akýkoľvek kontakt medzi dvoma telesami má za následok treciu silu. V tomto prípade nezáleží na tom, v akom súhrnnom hmotnom stave sa telesá nachádzajú, či sa pohybujú voči sebe navzájom alebo sú v pokoji. V tomto článku stručne zvážime, aké typy trenia existujú v prírode a technológii.
Kľudové trenie
Pre mnohých môže byť zvláštna predstava, že trenie telies existuje aj vtedy, keď sú navzájom v pokoji. Okrem toho je táto trecia sila najväčšia sila medzi ostatnými typmi. Prejavuje sa, keď sa snažíme pohnúť akýmkoľvek predmetom. Môže to byť kus dreva, kameň alebo dokonca koleso.
Dôvodom existencie statickej trecej sily je prítomnosť nepravidelností na kontaktných plochách, ktoré spolu mechanicky interagujú podľa princípu vrchol-údol.
Statická trecia sila sa vypočíta pomocou nasledujúceho vzorca:
Ft1=µtN
N je tu reakcia opory, s ktorou povrch pôsobí na telo pozdĺž normály. Parameter µt je koeficient trenia. Záleží to namateriál kontaktných plôch, kvalita spracovania týchto plôch, ich teplota a niektoré ďalšie faktory.
Písaný vzorec ukazuje, že statická trecia sila nezávisí od plochy kontaktu. Výraz pre Ft1 vám umožňuje vypočítať takzvanú maximálnu silu. V mnohých praktických prípadoch nie je Ft1 maximum. Svojou veľkosťou sa vždy rovná vonkajšej sile, ktorá sa snaží dostať telo z pokoja.
Kľudové trenie hrá v živote dôležitú úlohu. Vďaka tomu sa môžeme pohybovať po zemi, odtláčať sa od nej chodidlami, bez pošmyknutia. Akékoľvek telesá, ktoré sú na rovinách naklonených k horizontu, z nich neskĺznu vplyvom sily Ft1.
Trenie pri posúvaní
Ďalší dôležitý typ trenia pre človeka sa prejavuje, keď sa jedno telo kĺže po povrchu druhého. Toto trenie vzniká z rovnakého fyzikálneho dôvodu ako statické trenie. A čo viac, jeho sila sa vypočíta pomocou podobného vzorca.
Ft2=µkN
Jediný rozdiel oproti predchádzajúcemu vzorcu je použitie rôznych koeficientov pre klzné trenie µk. Koeficienty µk sú vždy menšie ako podobné parametre pre statické trenie pre rovnaký pár trecích plôch. V praxi sa táto skutočnosť prejavuje nasledovne: postupné zvyšovanie vonkajšej sily vedie k zvyšovaniu hodnoty Ft1, až kým nedosiahne svoju maximálnu hodnotu. Potom onaprudko klesá o niekoľko desiatok percent na hodnotu Ft2 a pri pohybe tela sa udržiava konštantná.
Koeficient µk závisí od rovnakých faktorov ako parameter µt pre statické trenie. Sila klzného trenia Ft2 prakticky nezávisí od rýchlosti pohybu telies. Až pri vysokých rýchlostiach sa prejaví pokles.
Význam klzného trenia pre ľudský život možno vidieť na príkladoch ako lyžovanie alebo korčuľovanie. V týchto prípadoch sa koeficient µk znižuje úpravou trecích plôch. Naopak, posyp ciest soľou a pieskom má za cieľ zvýšiť hodnoty koeficientov µk a µt.
Valivé trenie
Toto je jeden z dôležitých typov trenia pre fungovanie moderných technológií. Je prítomný pri otáčaní ložísk a pohybe kolies vozidiel. Na rozdiel od klzného a pokojového trenia je valivé trenie spôsobené deformáciou kolesa počas pohybu. Táto deformácia, ku ktorej dochádza v elastickej oblasti, rozptýli energiu v dôsledku hysterézie, čo sa prejavuje ako trecia sila počas pohybu.
Výpočet maximálnej sily valivého trenia sa vykonáva podľa vzorca:
Ft3=d/RN
To znamená, že sila Ft3 ako sily Ft1 a Ft2 je priamo úmerné reakcii podpory. Závisí to však aj od tvrdosti materiálov v kontakte a polomeru kolesa R. Hodnotad sa nazýva koeficient valivého odporu. Na rozdiel od koeficientov µk a µt má d rozmer dĺžky.
Spravidla sa bezrozmerný pomer d/R ukáže byť o 1-2 rády menší ako hodnota µk. To znamená, že pohyb telies pomocou valenia je energeticky oveľa priaznivejší ako pomocou kĺzania. Preto sa na všetkých trecích plochách mechanizmov a strojov používa valivé trenie.
Uhol trenia
Všetky tri vyššie opísané typy prejavov trenia sa vyznačujú určitou trecou silou Ft, ktorá je priamo úmerná N. Obe sily sú nasmerované v pravých uhloch voči sebe navzájom. Uhol, ktorý ich vektorový súčet tvorí s normálou k povrchu, sa nazýva uhol trenia. Aby sme pochopili jeho dôležitosť, použime túto definíciu a napíšme ju v matematickej forme, dostaneme:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Dotyčnica uhla trenia θ sa teda rovná koeficientu trenia k pre daný typ sily. To znamená, že čím väčší je uhol θ, tým väčšia je samotná trecia sila.
Trenie v kvapalinách a plynoch
Keď sa pevné teleso pohybuje v plynnom alebo kvapalnom prostredí, neustále sa zráža s časticami tohto média. Tieto kolízie sprevádzané stratou rýchlosti tuhého telesa sú príčinou trenia v tekutých látkach.
Tento typ trenia veľmi závisí od rýchlosti. Takže pri relatívne nízkych rýchlostiach trecia silasa ukazuje ako priamo úmerná rýchlosti pohybu v, pričom pri vysokých rýchlostiach hovoríme o úmernosti v2.
Existuje mnoho príkladov tohto trenia, od pohybu člnov a lodí až po let lietadiel.
