Fenomén trenia v ľudskom živote zohráva pozitívnu aj negatívnu úlohu. Na jednej strane bez jeho prítomnosti by pohyb nebol možný, na druhej strane v dôsledku trenia dochádza k obrovským stratám energie a pracovných materiálov. V článku sa zamyslíme nad tým, čo je to trenie z hľadiska fyziky, ako aj ako zistiť koeficient trenia.
Frikčný jav
Trenie je kontaktný jav, ktorý sa vyskytuje v zóne kontaktu medzi rôznymi telesami a ktorý pôsobí proti akémukoľvek ich vzájomnému pohybu.
V mechanike pohybu pevných látok sa rozlišujú tri typy trenia:
- konanie v pokoji;
- pôsobenie pri posúvaní povrchov po sebe;
- spôsobené valiacimi sa telesami.
Kľudové trenie nastáva, keď pôsobíme vonkajšou tangenciálnou silou na povrch telesa, aby sme ho posunuli. Pozoruhodným príkladom klzného trenia je šmýkanie lyží na snehu. Nakoniec trenie pri valcovaníprejavuje sa, keď sa koleso vozidla kotúľa po ceste.
Vzorec na určenie sily trenia
Vo fyzike sú uvedené typy trenia opísané rovnakým vzorcom pri výpočte pôsobiacich síl. Tento vzorec vyzerá takto:
Ft=µN.
Trecia sila Ft sa rovná súčinu súčiniteľa trenia µ a reakcie podpery N. Pri zvažovaní zodpovedajúceho typu trenia sa použije iba hodnota súčiniteľa µ, čo je bezrozmerná veličina, sa mení.
V prípade statických a posuvných trecích síl je hodnota µ asi desatiny jednotky. µ závisí od kontaktných materiálov, od ich drsnosti povrchu a nezávisí od plochy kontaktu alebo rýchlosti posuvu.
Pre valivé trenie závisí koeficient µ (zvyčajne sa označuje CR) od elastických charakteristík valivého telesa, od jeho tvrdosti, od polomeru valenia a od niektorých ďalších faktory. Pre väčšinu materiálov je tento faktor valcovania v stotinách a tisícinách jednotky.
Keďže existuje veľa faktorov ovplyvňujúcich hodnotu µ, neexistuje žiadny jednoznačný matematický vzorec na jej výpočet. Pri odpovedi na otázku, ako zistiť koeficient trenia, treba povedať, že sa meria experimentálne.
Určenie koeficientu µ
V tomto odseku zvážime dva spôsoby praktického určenia hodnoty µ na príklade klzného a pokojového trenia.
Prvý spôsob, ako odpovedať na otázku, ako zistiť koeficient trenia,spočíva v umiestnení tyče na vodorovnú rovinu, ku ktorej je pripevnený dynamometer. Tyč a hoblík sú vyrobené zo skúmanej dvojice materiálov, napríklad skla a dreva. Rovnomerným pohybom tyče, držaním dynamometra, môžete určiť posuvnú silu Ft. Pri znalosti hmotnosti m tyče sa koeficient µ vypočíta takto:
µ=Ft / (mg).
Druhá metóda je vhodná na určenie µ pre statické trenie. Aby ste to dosiahli, musíte umiestniť lištu na vodorovnú rovinu. Potom by sa mal jeden koniec lietadla pomaly zdvihnúť a nakloniť ho pod určitým uhlom k horizontu. Pri určitom uhle θ začne tyč kĺzať z povrchu. Meraním tohto uhla možno koeficient trenia µ určiť z rovnice:
µ=tg(θ).
Meranie µ pre valivé trenie zahŕňa použitie sofistikovanejšieho nastavenia nazývaného šikmé kyvadlo. Výpočet µ sa v tomto prípade vykonáva štúdiom rovníc dynamiky pohybu.
