Každý študent vie, že pri kontakte dvoch pevných povrchov vzniká takzvaná trecia sila. V tomto článku sa zamyslime nad tým, čo to je, so zameraním na miesto pôsobenia trecej sily.
Aké druhy trecích síl existujú?
Pred zvážením miesta pôsobenia trecej sily je potrebné stručne pripomenúť, aké typy trenia existujú v prírode a technike.
Začnime zvažovať statické trenie. Tento typ charakterizuje stav pevného telesa v pokoji na nejakom povrchu. Trenie pokoja bráni akémukoľvek posunutiu tela z jeho pokojového stavu. Pôsobením tejto sily je napríklad pre nás ťažké pohnúť skriňou stojacou na podlahe.
Iným druhom trenia je klzné trenie. Prejavuje sa v prípade kontaktu dvoch plôch kĺzajúcich po sebe. Klzné trenie pôsobí proti pohybu (smer trecej sily je opačný ako je rýchlosť telesa). Pozoruhodným príkladom jeho pôsobenia je lyžiar alebo korčuliar šmýkajúci sa po ľade na snehu.
Napokon, tretím typom trenia je valivé. Existuje vždy, keď sa jedno telo valí po povrchu druhého. Napríklad odvaľovanie kolesa alebo ložísk sú hlavnými príkladmi, kde je dôležité valivé trenie.
Prvé dva z opísaných typov vznikajú v dôsledku drsnosti trecích povrchov. Tretí typ vzniká v dôsledku deformačnej hysterézie valivého telesa.
Miesta pôsobenia klzných a pokojových trecích síl
Vyššie bolo povedané, že statické trenie bráni vonkajšej pôsobiacej sile, ktorá má tendenciu pohybovať predmetom po kontaktnej ploche. To znamená, že smer trecej sily je opačný ako smer vonkajšej sily rovnobežnej s povrchom. Miesto pôsobenia uvažovanej trecej sily je v oblasti kontaktu medzi dvoma povrchmi.
Je dôležité pochopiť, že statická trecia sila nie je konštantná hodnota. Má maximálnu hodnotu, ktorá sa vypočíta pomocou nasledujúceho vzorca:
Ft=µtN.
Táto maximálna hodnota sa však objaví iba vtedy, keď sa telo začne pohybovať. V každom inom prípade sa statická trecia sila presne rovná v absolútnej hodnote rovnobežnému povrchu vonkajšej sily.
Pokiaľ ide o miesto pôsobenia sily klzného trenia, nelíši sa od toho pre statické trenie. Keď už hovoríme o rozdiele medzi statickým a klzným trením, je potrebné poznamenať absolútny význam týchto síl. Sila klzného trenia pre danú dvojicu materiálov je teda konštantná. Okrem toho je vždy menšia ako maximálna sila statického trenia.
Ako vidíte, miesto pôsobenia trecích síl sa nezhoduje s ťažiskom tela. To znamená, že uvažované sily vytvárajú moment, ktorý má tendenciu prevrátiť posuvné teleso dopredu. To možno pozorovať, keď cyklista prudko zabrzdí predným kolesom.
Valivé trenie a jeho aplikačný bod
Vzhľadom na to, že fyzikálna príčina valivého trenia je iná ako pri typoch trenia diskutovaných vyššie, miesto pôsobenia sily valivého trenia má mierne odlišný charakter.
Predpokladajme, že koleso auta je na chodníku. Je zrejmé, že toto koleso je zdeformované. Plocha jeho kontaktu s asf altom sa rovná 2dl, kde l je šírka kolesa, 2d je dĺžka bočného kontaktu kolesa a asf altu. Sila valivého trenia sa vo svojej fyzikálnej podstate prejavuje vo forme reakčného momentu podpery smerujúceho proti otáčaniu kolesa. Tento moment sa vypočíta takto:
M=Nd
Ak to vydelíme a vynásobíme polomerom kolesa R, dostaneme:
M=Nd/RR=FtR kde Ft=Nd/R
Valivá trecia sila Ft je teda vlastne reakciou podpery, ktorá vytvára moment sily, ktorý má tendenciu spomaliť rotáciu kolesa.
Bod pôsobenia tejto sily smeruje vertikálne nahor vzhľadom na povrch roviny a je posunutý doprava od ťažiska o d (za predpokladu, že sa koleso pohybuje zľava doprava).
Príklad riešenia problému
Akciatrecia sila akéhokoľvek druhu má tendenciu spomaľovať mechanický pohyb telies, pričom premieňa ich kinetickú energiu na teplo. Poďme vyriešiť nasledujúci problém:
bar kĺže po naklonenom povrchu. Je potrebné vypočítať zrýchlenie jeho pohybu, ak je známe, že koeficient kĺzania je 0,35 a uhol sklonu povrchu je 35o.
Pozrime sa, aké sily pôsobia na hrazdu. Po prvé, gravitačná zložka smeruje nadol pozdĺž klzného povrchu. Rovná sa:
F=mgsin(α)
Po druhé, konštantná trecia sila pôsobí smerom hore pozdĺž roviny, ktorá je nasmerovaná proti vektoru zrýchlenia telesa. Dá sa určiť podľa vzorca:
Ft=µtN=µtmgcos (α)
Potom bude mať Newtonov zákon pre tyč pohybujúcu sa so zrýchlením a tvar:
ma=mgsin(α) - µtmgcos(α)=>
a=gsin(α) - µtgcos(α)
Nahradením údajov rovnosťou dostaneme, že a=2,81 m/s2. Upozorňujeme, že zistené zrýchlenie nezávisí od hmotnosti tyče.
