Trenie je fyzikálny proces, bez ktorého by samotný pohyb v našom svete nemohol existovať. Vo fyzike je na výpočet absolútnej hodnoty trecej sily potrebné poznať špeciálny koeficient pre uvažované trecie plochy. Ako zistiť koeficient trenia? Tento článok odpovie na túto otázku.
Trenie vo fyzike
Pred zodpovedaním otázky, ako zistiť koeficient trenia, je potrebné zvážiť, čo je to trenie a akou silou sa vyznačuje.
Vo fyzike existujú tri typy tohto procesu, ktorý prebieha medzi pevnými predmetmi. Toto je trenie pokoja, kĺzania a valenia. K treniu dochádza vždy, keď sa vonkajšia sila pokúša pohnúť predmetom. Klzné trenie, ako už názov napovedá, nastáva, keď sa jeden povrch kĺže po druhom. Nakoniec, valivé trenie nastane, keď sa guľatý predmet (koleso, guľa) kotúľa po nejakom povrchu.
Všetky typy majú spoločné to, že nikomu brániapohyb a miesto pôsobenia ich síl je v oblasti kontaktu medzi povrchmi dvoch predmetov. Všetky tieto typy tiež premieňajú mechanickú energiu na teplo.
Sily kĺzania a statického trenia sú spôsobené mikroskopickou drsnosťou povrchov, ktoré sa odierajú. Okrem toho sú tieto typy spôsobené dipólom-dipólom a inými typmi interakcií medzi atómami a molekulami, ktoré tvoria trecie telesá.
Príčina valivého trenia súvisí s hysteréziou elastickej deformácie, ktorá sa objavuje v bode kontaktu medzi valiacim sa predmetom a povrchom.
Trecia sila a koeficient trenia
Všetky tri typy pevných trecích síl sú opísané výrazmi, ktoré majú rovnaký tvar. Tu je ona:
Ft=µtN.
N je sila pôsobiaca kolmo na povrch telesa. Nazýva sa to podporná reakcia. Hodnota µt- sa nazýva koeficient zodpovedajúceho typu trenia.
Koeficienty pre klzné a pokojové trenie sú bezrozmerné veličiny. Dá sa to pochopiť pri pohľade na rovnosť trecej sily a koeficientu trenia. Ľavá strana rovnice je vyjadrená v newtonoch, pravá strana je tiež vyjadrená v newtonoch, keďže N je sila.
Pokiaľ ide o valivé trenie, koeficient preň bude tiež bezrozmerná hodnota, je však definovaný ako pomer lineárnej charakteristiky pružnej deformácie k polomeru valivého predmetu.
Treba povedať, že typické hodnoty koeficientov klzného a pokojového trenia sú desatiny jednotky. Na trenierolovanie, tento koeficient zodpovedá stotínam a tisícinám jednotky.
Ako zistiť koeficient trenia?
Koeficient µtzávisí od množstva faktorov, ktoré je ťažké matematicky vziať do úvahy. Uvádzame niektoré z nich:
- materiál trecích plôch;
- kvalita povrchu;
- prítomnosť špiny, vody a podobne;
- povrchové teploty.
Preto neexistuje vzorec pre µt a musí sa merať experimentálne. Aby sme pochopili, ako nájsť koeficient trenia, mal by byť vyjadrený zo vzorca pre Ft. Máme:
µt =Ft/N.
Ukazuje sa, že k poznaniu µt je potrebné nájsť treciu silu a podpornú reakciu.
Príslušný experiment sa vykonáva takto:
- Vezmite si telo a lietadlo, napríklad vyrobené z dreva.
- Pripevnite dynamometer k telu a rovnomerne ním pohybujte po povrchu.
V rovnakom čase dynamometer ukazuje určitú silu, ktorá sa rovná Ft. Reakcia zeme sa rovná hmotnosti tela na vodorovnom povrchu.
Popísaná metóda vám umožňuje pochopiť, čo je koeficient statického a klzného trenia. Podobne môžete experimentálne určiť µtrolling.
Ďalšia experimentálna metóda na určenie µt je uvedená vo forme problému v nasledujúcom odseku.
Problém s výpočtom µt
Drevený trám je na povrchu skla. Plynulým nakláňaním povrchu sme zistili, že kĺzanie lúča začína pri uhle sklonu 15o. Aký je koeficient statického trenia pre pár drevo-sklo?
Keď bol lúč na naklonenej rovine pri 15o, potom mala jeho zvyšná trecia sila maximálnu hodnotu. Rovná sa:
Ft=mgsin(α).
Sila N je určená vzorcom:
N=mgcos(α).
Použitím vzorca pre µt dostaneme:
µt=Ft/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).
Nahradením uhla α sa dostaneme k odpovedi: µt=0, 27.
