Trenie je fenomén, s ktorým sa stretávame v každodennom živote neustále. Nie je možné určiť, či je trenie škodlivé alebo prospešné. Urobiť čo i len krok na klzkom ľade sa zdá byť náročná úloha, chôdza po drsnom asf altovom povrchu je potešením. Autodiely bez mazania sa opotrebúvajú oveľa rýchlejšie.
Štúdium trenia, znalosť jeho základných vlastností umožňuje človeku ho použiť.
Sila trenia vo fyzike
Sila vznikajúca pri pohybe alebo pokuse o pohyb jedného telesa na povrchu druhého, namierená proti smeru pohybu, pôsobiaca na pohybujúce sa telesá, sa nazýva sila trenia. Modul trecej sily, ktorého vzorec závisí od mnohých parametrov, sa mení v závislosti od typu odporu.
Rozlišujú sa nasledujúce typy trenia:
• odpočinok;
• sklz;
• rolovanie.
Každý pokus posunúť ťažký predmet (skrinku, kameň) z miesta vedie k napätiu síl človeka. Zároveň nie je vždy možné uviesť predmet do pohybu. Narúša to trenie pokoja.
Kľudový stav
Výpočtový vzorec pre statickú treciu silunám to neumožňuje dostatočne presne určiť. Na základe tretieho Newtonovho zákona závisí veľkosť statickej odporovej sily od použitej sily.
S rastúcou silou sa zvyšuje aj trecia sila.
0 < Fpokoj s odpočinkom < Fmax
Ostatné trenie zabraňuje vypadnutiu klincov zapichnutých do dreva; gombíky obšité niťou pevne držia na svojom mieste. Zaujímavé je, že práve odpor odpočinku umožňuje človeku chodiť. Navyše je nasmerovaný v smere ľudského pohybu, čo je v rozpore so všeobecným stavom vecí.
Jav kĺzania
Keď vonkajšia sila, ktorá pohybuje telom, vzrastie na hodnotu najväčšej statickej trecej sily, začne sa pohybovať. Sila klzného trenia sa zvažuje v procese kĺzania jedného telesa po povrchu druhého. Jeho hodnota závisí od vlastností interagujúcich povrchov a sily vertikálneho pôsobenia na povrch.
Výpočtový vzorec pre silu kĺzavého trenia: F=ΜP, kde Μ je koeficient úmernosti (klzné trenie), P je sila vertikálneho (normálneho) tlaku.
Jednou z hnacích síl je sila klzného trenia, ktorej vzorec je napísaný pomocou reakčnej sily podpery. V dôsledku splnenia tretieho Newtonovho zákona sú sily normálneho tlaku a reakcie podpery rovnaké čo do veľkosti a opačného smeru: Р=N.
Skôr ako nájdete treciu silu, ktorej vzorec má inú formu (F=M N), určte reakčnú silu.
Koeficient šmykového odporu je experimentálne zavedený pre dva trecie povrchy, závisí od kvality ich spracovania a materiálu.
Tabuľka. Hodnota koeficientu odporu pre rôzne povrchy
| pp | Interakčné povrchy | Hodnota koeficientu klzného trenia |
| 1 | Oceľ+ľad | 0, 027 |
| 2 | Dub+dub | 0, 54 |
| 3 | Koža+liatina | 0, 28 |
| 4 | Bronz+železo | 0, 19 |
| 5 | Bronz+liatina | 0, 16 |
| 6 | Oceľ+oceľ | 0, 15 |
Najväčšiu silu statického trenia, ktorej vzorec bol napísaný vyššie, možno určiť rovnakým spôsobom ako silu klzného trenia.
Toto je dôležité pri riešení problémov na určenie sily jazdného odporu. Napríklad kniha, ktorá sa pohybuje rukou stlačenou zhora, kĺže pôsobením pokojovej odporovej sily, ktorá vzniká medzi rukou a knihou. Veľkosť odporu závisí od hodnoty vertikálnej tlakovej sily na knihu.
Rolling fenomén
Prechod našich predkov z ťahačov na bojové vozy sa považuje za revolučný. Vynález kolesa je najväčším vynálezom ľudstva. Valivé trenie, ku ktorému dochádza, keď sa koleso pohybuje po povrchu, je podstatne menšie ako klzný odpor.
Vznik síl valivého trenia je spojený so silami normálneho tlaku kolesa na povrchu, má povahu, ktorá ho odlišuje od kĺzania. Miernou deformáciou kolesa vznikajú v strede tvarovanej plochy a pozdĺž jej okrajov rôzne tlakové sily. Tento rozdiel v silách určuje výskyt valivého odporu.
Výpočtový vzorec pre silu valivého trenia sa zvyčajne používa podobne ako pri klznom procese. Rozdiel je vidieť len v hodnotách koeficientu odporu vzduchu.
Povaha odporu
Keď sa zmení drsnosť trecích plôch, zmení sa aj hodnota trecej sily. Pri veľkom zväčšení vyzerajú dva povrchy v kontakte ako hrbolčeky s ostrými vrcholmi. Pri prekrývaní sú to vyčnievajúce časti tela, ktoré sú vo vzájomnom kontakte. Celková plocha kontaktu je zanedbateľná. Pri pohybe alebo pokuse o pohyb tela vytvárajú „vrcholy“odpor. Veľkosť trecej sily nezávisí od plochy kontaktných plôch.
Zdá sa, že dva dokonale hladké povrchy by nemali klásť absolútne žiadny odpor. V praxi je trecia sila v tomto prípade maximálna. Tento rozpor sa vysvetľuje povahou pôvodu síl. Sú to elektromagnetické sily pôsobiace medzi atómami interagujúcich telies.
Mechanické procesy, ktoré nie sú v prírode sprevádzané trením, sú nemožné, pretože schopnosť „vypnúť“medzi nabitými telesami nedochádza k žiadnej elektrickej interakcii. Nezávislosť síl odporu od vzájomnej polohy telies nám umožňuje nazvať ich nepotencionálnymi.
Je zaujímavé, že trecia sila, ktorej vzorec sa mení v závislosti od rýchlosti interagujúcich telies, je úmerná druhej mocnine príslušnej rýchlosti. Táto sila zahŕňa silu viskózneho odporu v kvapaline.
Pohyb v kvapaline a plyne
Pohyb pevného telesa v kvapaline alebo plyne, kvapaline v blízkosti pevného povrchu je sprevádzaný viskóznym odporom. Jeho výskyt je spojený s interakciou vrstiev tekutiny unášaných pevným telesom v procese pohybu. Rôzne rýchlosti vrstiev sú zdrojom viskózneho trenia. Zvláštnosťou tohto javu je absencia tekutého statického trenia. Bez ohľadu na veľkosť vonkajšieho vplyvu sa telo v kvapaline začne pohybovať.
V závislosti od rýchlosti pohybu je sila odporu určená rýchlosťou pohybu, tvarom pohybujúceho sa telesa a viskozitou tekutiny. Pohyb vo vode a oleji toho istého telesa je sprevádzaný odporom rôznej veľkosti.
Pre nízke rýchlosti: F=kv, kde k je súčiniteľ úmernosti v závislosti od lineárnych rozmerov telesa a vlastností média, v je rýchlosť telesa.
Teplota kvapaliny ovplyvňuje aj trenie v nej. V mrazivom počasí sa auto zahreje tak, aby sa olej zohrial (jeho viskozita sa znížila) a napomohlo k zníženiu deštrukcie častí motora, ktoré sú v kontakte.
Zrýchlite pohyb
Výrazné zvýšenie rýchlosti tela môže spôsobiť vznik turbulentného prúdenia, pričom odpor sa dramaticky zvýši. Hodnoty sú: štvorec rýchlosti pohybu, hustota média a povrch tela. Vzorec trecej sily má inú formu:
F=kv2, kde k je súčiniteľ úmernosti v závislosti od tvaru telesa a vlastností média, v je rýchlosť telesa.
Ak je telo efektívne, turbulencie sa dajú znížiť. Tvar tela delfínov a veľrýb je dokonalým príkladom prírodných zákonov, ktoré ovplyvňujú rýchlosť zvierat.
Energetický prístup
Pohybu tela bráni odpor prostredia. Pri použití zákona zachovania energie hovoria, že zmena mechanickej energie sa rovná práci trecích síl.
Práca sily sa vypočíta podľa vzorca: A=Fscosα, kde F je sila, pri ktorej sa teleso pohne o vzdialenosť s, α je uhol medzi smermi sily a posunutím.
Je zrejmé, že odporová sila je opačná k pohybu tela, odkiaľ cosα=-1. Práca trecej sily, ktorej vzorec je Atr=- Fs, hodnota je záporná. V tomto prípade sa mechanická energia premieňa na vnútornú energiu (deformácia, zahrievanie).
