Prezentacija iz fizike na temu "Sile trenja između susednih površina čvrstih tela" (10. razred). Teorijski uvod. Trenje nastaje na dodirnim površinama dva čvrsta tijela Ovisnost sile trenja o sili gravitacije

Trenje se javlja na dodirnim površinama dva čvrsta tijela. Igra važnu ulogu kako u tehnologiji tako iu svakodnevnom životu. Postoje tri vrste vanjskog trenja: statičko trenje, trenje klizanja, trenje kotrljanja. Na veličinu sila trenja i prirodu njihove ovisnosti o brzini značajno utječe stanje površina, njihova obrada, prisutnost kontaminacije itd. Međutim, veličina ovih sila zavisi od veličine normalnog pritiska između površina. Sila trenja između čvrstih tijela u dodiru ima karakterističnu osobinu: ne nestaje zajedno sa brzinom. Zove se sila trenja koja postoji između tijela u dodiru, ali se ne kreće statičko trenje. Veličina i smjer statičke sile trenja određuju se veličinom i smjerom vanjske sile koja je trebala uzrokovati klizanje. Statička sila trenja jednaka je po veličini i suprotnog smjera od vanjske sile koja je izazvala kretanje. Statička sila trenja ne može premašiti određenu vrijednost, koja se naziva maksimalnom statičkom silom trenja (ili statičkom silom trenja). Sve dok vanjska sila ne prelazi ovu vrijednost, ne dolazi do klizanja (slika 6.1). Nakon maksimalne vrijednosti slijedi strm pad i ostaje konstantna sila trenja klizanja.

Trenje mirovanja i trenje klizanja ne ovise o veličini površine dodira čvrstih tijela. Za ova tijela, statičke sile i sile trenja klizanja su direktno proporcionalne sili pritiska N, koji istovremeno komprimira oba tijela:

, , (6.1)

gdje su i koeficijenti statičkog trenja i trenja klizanja. Vrijednost u većini slučajeva varira od 0,2 do 0,7; – od 0,2 do 0,5.

Trenje u mirovanju igra bitnu ulogu u tehnologiji. Određuje najveću količinu potrebne pogonske sile za pogonske točkove automobila, kao i za potplate pješaka. U tački kontakta sa tlom, točak koji se kotrlja i taban osobe koja se kreće miruju u odnosu na tlo. Stoga je ovdje na djelu trenje. Trenje klizanja, naprotiv, gotovo uvijek ometa, stoga u strojevima i aparatima nastoje isključiti, ako je moguće, vanjsko trenje između dijelova koji se trljaju. Zamjenjuje se unutarnjim trenjem tankih slojeva tekućine između međusobno pokretnih dijelova - to se zove podmazivanje.

Predavanje 4. Trenje čvrstih tijela

Spoljno trenje, mehanički otpor koji se javlja u ravnini dodira dvaju dodirujućih tela tokom njihovog relativnog kretanja. Sila otpora F tr usmjerena suprotno kretanju datog tijela naziva se sila trenja koja djeluje na ovo tijelo. Vanjsko trenje je disipativni proces, praćen oslobađanjem topline, naelektrizacijom tijela, njihovim uništavanjem itd.

Razlikovati vanjsko klizanje i trenje kotrljanja. Trenje klizanja- sila koja proizlazi iz translacionog kretanja jednog od dodirujućih tijela u odnosu na drugo i djeluje na ovo tijelo u smjeru suprotnom od smjera klizanja. trenje kotrljanja - moment sila koje proizlaze iz kotrljanja jednog od dva dodirujuća tijela u odnosu na drugo, sprječavajući kotrljanje.

Karakteristično trenje klizanja- koeficijent trenja klizanja f c - bezdimenzionalna vrijednost jednaka odnosu sile trenja prema normalnom opterećenju; Karakteristika trenja kotrljanja je koeficijent trenja kotrljanja f k - vrijednost koja ima dimenziju dužine, je omjer momenta trenja kotrljanja i normalnog opterećenja. Vanjski uvjeti (opterećenje, brzina, hrapavost, temperatura, podmazivanje) utječu na vrijednost vanjskog trenja ništa manje od prirode trljajućih tijela, mijenjajući je nekoliko puta.

Mehanizam nastanka trenja objašnjava se molekularno-mehaničkom teorijom trenja, čijem su razvoju uvelike doprinijeli ruski naučnici (B.V. Deryagin, I.V. Kragelsky i dr.) i strani naučnici (Bowden, Tabor, Tomlinson itd.). Prema ovoj teoriji, trenje ima dvojaku molekularno-mehaničku prirodu. Sila trenja F tr se može predstaviti kao zbir komponenti molekularne (adhezivne) F a i mehaničke (deformacije) F σ:

Molekularna komponenta nastaje zbog otpornosti na kidanje molekularnih ili međuatomskih veza koje se javljaju između tijela u kontaktu. Mehanizam ovog procesa sličan je razaranju kristalne rešetke tokom smicanja. Rasipanje rada trenja u toplinu povezano je s elastičnom deformacijom kristalnih rešetki. Rad vanjske sile pretvara se u potencijalnu energiju rešetki. Poslije

U prvom slučaju su u kontaktu nepodmazane površine, prekrivene oksidnim filmovima i najtanjim slojevima molekula plina i vode adsorbiranih iz okoline. U ovom slučaju, sila trenja je zbir komponenti ljepila i kohezije. Suvo i granično trenje su slično

prirode i imaju zajedničke obrasce. Razlog je činjenica da su u slučaju graničnog trenja monomolekularni slojevi maziva čvrsto vezani za čvrstu površinu, imaju svojstva slična čvrstim, i, takoreći, služe kao nastavak čvrste faze. Stoga, kao i kod suhog trenja, u stvari, postoji kontakt između dvije čvrste površine. Razlika se očituje u različitim vrijednostima koeficijenta trenja.

U drugom slučaju, pored navedenih filmova, nalaze se i molekule maziva u obliku tankog sloja debljine nekoliko molekula, koji su čvrsto vezani za površinu. Karakteristično u ovom slučaju je smanjenje i jedne i druge komponente.

U trećem slučaju, sloj tekućeg maziva potpuno razdvaja površine koje se spajaju. Adhezivna komponenta se smanjuje na nulu.

Brojne studije su pokazale da je za metale deformacijska komponenta koeficijenta trenja oko 100 puta manja od komponente adhezije. Stoga je koeficijent trenja u prvoj aproksimaciji jednak adhezivnoj komponenti. Situacija je nešto drugačija za plastiku i gumu. U potonjem slučaju razlika se smanjuje za više od reda veličine, a ako guma klizi preko hrapave površine, ne treba zanemariti komponentu deformacije.

maziva i mnogi drugi faktori.

Rice. 4.2. Šema tribometra

Određivanje sila i koeficijenata vanjskog trenja. Uz elastične deformacije u kontaktnim zonama, interakcija čvrstih tijela može se vršiti na nezasićenom i zasićenom kontaktu.

Sa elastičnim nezasićenim kontaktom udaljenosti između pojedinačnih kontaktnih zona su dovoljno velike tako da se uticaj zona jedne na drugu može zanemariti. Ukupna sila trenja prilikom klizanja apsolutno krutog tijela s grubom površinom u odnosu na mekše tijelo sa apsolutno ravnom površinom bit će jednaka

gdje je F i sila trenja koja nastaje na jednoj proizvoljnoj mikrohrapavosti; n r je broj mikrohrapavosti koje imaju istu penetraciju.

Da biste odredili silu F i, razmotrite procese koji se odvijaju u kontaktnoj zoni jedne mikrohrapavosti (slika 4.3). Deformacijska komponenta sile trenja nastaje zbog nesavršene elastičnosti materijala deformabilnih slojeva. To je zbog gubitaka na histerezi. U skladu sa istraživanjem engleskog naučnika D. Tabora

komponenta deformacije sila trenja je

gdje je E modul elastičnosti deformabilnog materijala; μ je Poissonov omjer ovog materijala; α hist je koeficijent histerezisnih gubitaka materijala u uslovima složenog naponog stanja.

Rice. 4.3. raspodjela naprezanja pri elastičnim deformacijama u zoni kontakta lopte sa ravnom površinom deformabilnog tijela

Molekularna komponenta Sila trenja je posljedica međuatomske i međumolekularne interakcije i jednaka je

Tada se ukupna sila trenja koja proizlazi iz klizanja proizvoljne mikrohrapavosti može izraziti na sljedeći način

Sila trenja F tr se izračunava iz izraza (4.4), u kojem su svi i-ti parametri određeni kroz poznate vrijednosti. Ako definišemo

normalno opterećenje P u zavisnosti od pristupa, tada je moguće izračunati koeficijent trenja u zavisnosti od pristupa f =

F tr /P . Proračuni pokazuju da kako se približavanje između površina čvrstih tijela povećava, molekularna komponenta

koeficijent trenja (koji sadrži parametre trenja τ 0 i β ) opada, a koeficijent deformacije raste. Zavisnost koeficijenta trenja od parametra h/R prikazana je na sl. 4.4.

Rice. 4.4 Zavisnost koeficijenta trenja o pristupu

Eksperimentalni rezultati. Ponašanje materijala pri trenju određeno je dubinom širenja plastične deformacije u uzorak. S povećanjem normalnog pritiska na mjestima stvarnog kontakta, prvo se razvijaju elastične, a zatim plastične deformacije. Neke promjene oblika povezane s puzanjem materijala također se javljaju nakon, pod uvjetima konstantnog opterećenja. Konačna ravnoteža se uspostavlja nakon što je stvarna kontaktna površina dovoljna da obezbijedi potrebnu nosivost. Tako se nakon uletanja u podlogu uspostavlja stacionarni režim trenja, u kojem je trošenje površine u ravnoteži s rastom novih deformiranih slojeva. Na sl. Na slikama 4.5 i 4.6 prikazane su zavisnosti koeficijenta trenja od pritiska u stacionarnom režimu graničnog podmazivanja pri klizećim uzorcima čelika 36NKhTYu u kaljenom i ostarelom stanju preko kaljenog čelika 45. Austenitni čelik 36NKhTYu

struktura i tribološka svojstva materijala u svakom konkretnom slučaju, u odnosu na određenu jedinicu trenja.

Rice. 4.6. Zavisnost koeficijenta trenja

(k) pritisak za leguru 36NKhTYu kaljenu od 9700 C (1) i staru nakon kaljenja na 7500 C tokom 1 sata (2)

Sl.4.7. Ovisnost koeficijenta trenja uzorka od čelika 36NKhTYu (a) i bakra (b) od brzine klizanja i opterećenja

Na sl. 4.7 prikazuje površine formirane vrijednostima koeficijenta trenja bakra i legure 36NKhTYu, ovisno o brzini klizanja i opterećenju. Koeficijent trenja bakra varira duž krivulje sa maksimumom ovisno o opterećenju pri svim brzinama. Za leguru 36NKhTYu, koeficijent trenja pri malim brzinama je praktički neovisan o primijenjenoj sili. Povećanje opterećenja pri velikim brzinama dovodi do pada koeficijenta trenja. To ukazuje da se doprinos sili trenja zbog plastičnog strujanja površinskog sloja smanjuje. To je moguće uz smanjenje

viskoznost materijala povezana sa povećanjem pobude tokom trenja. Očigledno je u ovom slučaju važan proces fragmentacije površinskih slojeva, koji dovodi do povećanja pokretljivosti elemenata koji čine strukturu.

Rice. 4.8. Ovisnost momenta sile trenja kompozitnog materijala TiC-NiCr (a) od opterećenja u paru sa različitim legurama (b - TiC-NiCr; c - 3V16K; d - sastav na bazi KAM bronce)

Analiza parametara trenja (slika 4.8) pokazuje da toplina koja se oslobađa na površini iu pripovršinskom sloju igra važnu ulogu u procesu kontakta dva materijala sa njihovim relativnim klizanjem.

Zaista, primjer uticaja kontaktne temperature na proces trenja može biti ponašanje TiC-NiCr kompozitnog materijala tokom trenja u tandemu sa materijalima, među kojima su bili TiC-NiCr CM, stelit i „tvrda legura-bronza“ sastava, koji se razlikuju po toplotnoj provodljivosti. U ovim ispitivanjima, kada je sučelje bilo u obliku mehaničke brtve, uklanjanje topline iz zone trenja može se provesti uglavnom zbog toplinske provodljivosti materijala u kontaktu. Budući da je toplinska provodljivost CM TiCNiCr i stelita (3V16K) mnogo niža od toplinske provodljivosti CM kompozita razvijenog za visoko opterećene frikcione jedinice, priroda trenja bi trebala biti drugačija. Zaista, sa Sl. 4.8b može se vidjeti da trenje para identičnih TiC-NiCr CM postaje nestabilno nakon nekoliko minuta rada pri opterećenju od 1 t. Povećanje opterećenja na 2 t praćeno je skokovima momenta trenja, što ukazuje

Rice. 4.9. Šematski prikaz raspodjele temperature u površinskom sloju u slučaju plastične deformacije pri trenju

Sila trenja. Vrste sila suvog trenja

Sile trenja nastaju kada se tijela dodiruju ili se njihovi dijelovi pomiču jedan u odnosu na druge. Trenje koje proizlazi iz relativnog kretanja dva tijela u kontaktu naziva se vanjskim; trenje između dijelova istog čvrstog tijela (na primjer, tekućine ili plina) naziva se unutrašnjeg trenja .

Silu trenja koja nastaje kada se čvrsto tijelo kreće u odnosu na tekući ili plinoviti medij treba klasificirati kao silu unutrašnjeg trenja, budući da se u ovom slučaju slojevi medija koji su u direktnom kontaktu sa tijelom njime pokreću istom brzinom kojom ima tijelo, a na kretanje tijela utiče trenje između ovih slojeva sredine vanjske njima.

Definicija 1

Trenje između površina dva čvrsta tijela u odsustvu bilo kakvog međusloja, kao što je mazivo između njih, naziva se suho . Trenje između čvrstog tijela i tekućeg ili plinovitog medija, kao i između slojeva takvog medija naziva se viskozna (ili tečnost). Što se tiče suvog trenja, postoje trenje klizanja, trenje kotrljanja I statičko trenje.

sila trenja klizanja

Trenje klizanja nastaje kada se jedno tijelo pomiče po površini drugog. Što je veća težina tijela, i što je veći koeficijent trenja između ovih površina (koeficijent ovisi o materijalu od kojeg su površine izrađene), to je veća sila trenja klizanja.

Sila trenja klizanja ne ovisi o površini dodirnih površina. Kada se kreće, blok koji leži na svojoj najvećoj površini imat će istu silu trenja klizanja kao da je postavljen na najmanju površinu.

Uzroci sile trenja klizanja:

Najmanje nepravilnosti površina dvaju tijela - s njima se tijela pri kretanju drže jedno za drugo. Da nema sile trenja klizanja, tada bi se tijelo, pokrenuto kratkotrajnim djelovanjem sile na njega, nastavilo ravnomjerno kretati. Međutim, pošto sila trenja klizanja postoji, a usmjerena je protiv kretanja tijela, tijelo se postepeno zaustavlja.

Intermolekularne interakcije na dodirnim površinama dvaju tijela. Ova interakcija se može dogoditi samo na vrlo glatkim, dobro poliranim površinama. Molekuli različitih tijela su veoma blizu jedan drugom i privlače se. Zbog toga je kretanje tijela inhibirano.

Vektor sile trenja klizanja $\overline(F)_(mp) $ uvijek je usmjeren suprotno vektoru brzine tijela u odnosu na tijelo u kontaktu s njim. Stoga djelovanje sile trenja klizanja uvijek dovodi do smanjenja modula relativne brzine tijela.

Sila trenja kotrljanja

Sila trenja kotrljanja nastaje kada se drugo, obično okruglo, kotrlja preko površine jednog tijela. Na primjer, točkovi vozila se kotrljaju po cesti, bure okrenuto na bok od brežuljka, lopta na podu. Sila trenja kotrljanja je mnogo manja od sile trenja klizanja. Zapamtite, lakše je nositi veliku torbu na točkovima nego je vući po zemlji. Razlog leži u različitom načinu kontakta između tijela koje se kreće i površine. Prilikom kotrljanja, točak, takoreći, pritiska, drobi površinu pod sobom, odbija od nje. Točak koji se kotrlja ne mora da uhvati mnogo malih površinskih nepravilnosti, kao kod kliznih tela.

Napomena 1

Što je površina tvrđa, sila trenja kotrljanja je manja. Na primjer, teže je voziti bicikl po pijesku nego po asfaltu, jer na pijesku morate savladati veliku silu trenja kotrljanja. To je zbog činjenice da se lakše odgurne od tvrdih površina, nisu jako pritisnute. Može se reći da se sila koja djeluje sa strane kotača na čvrstu površinu ne troši na deformaciju, već se gotovo sva vraća u obliku normalne sile reakcije oslonca.

statička sila trenja

Sila koja nastaje na granici dodira između tijela u odsustvu relativnog kretanja tijela naziva se statička sila trenja.

Statička sila trenja $\overline(F)_(mp) $ je po apsolutnoj vrijednosti jednaka vanjskoj sili $\overline(F)$, usmjerenoj tangencijalno na dodirnu površinu tijela, a suprotno od nje u smjeru:

Statična sila trenja je svuda oko nas. Sve predmete koji leže na drugim tijelima drži statička sila trenja. Statička sila trenja je čak dovoljna da zadrži predmete na nagnutim površinama. Na primjer, osoba može stajati na padini brda, blok koji nepomično leži na blago nagnutom ravnalu. Osim toga, zbog sile statičkog trenja, mogući su oblici kretanja kao što su hodanje i jahanje. U tim slučajevima dolazi do "prianjanja" s površinom zbog statičke sile trenja, kao rezultat, postaje moguće odbijanje od površine.

Uzroci statičke sile trenja su isti kao i sile trenja klizanja.

Statička sila trenja nastaje kada se pokuša pomaknuti tijelo koje stoji. Sve dok je sila koja pokušava pomjeriti tijelo manja od sile statičkog trenja, tijelo će ostati na mjestu. Čim ova sila prijeđe određenu maksimalnu statičku silu trenja za ova dva tijela, jedno tijelo će se početi kretati u odnosu na drugo, a sila trenja klizanja ili kotrljanja će već djelovati na njega.

Napomena 2

U većini slučajeva, maksimalna sila statičkog trenja je nešto veća od sile trenja klizanja. Dakle, da biste započeli pomicanje ormarića, prvo morate uložiti malo više napora nego da ih primjenjujete kada se ormarić već kreće. Često se zanemaruje razlika između sila statičkog trenja i trenja klizanja, smatrajući ih jednakima.

U najjednostavnijem modelu suhog trenja, zadovoljeni su sljedeći zakoni. Oni su generalizacija eksperimentalnih činjenica i približne su prirode:

maksimalna vrijednost statičke sile trenja jednaka je sili trenja klizanja;

apsolutna vrijednost sile trenja klizanja je direktno proporcionalna sili reakcije oslonca: $\overline(F)_(mp) =\mu N$, a koeficijent proporcionalnosti $\mu $ naziva se koeficijent trenja ;

koeficijent trenja ne ovisi o brzini tijela na hrapavoj površini;

koeficijent trenja ne ovisi o površini dodirnih površina.

Primjer 1

Učenici su postavili magnet težak 30$ g na tablu. Magnet je pritisnut na ploču sa silom od $6 H$. Koju silu treba primijeniti da bi se magnet kliznuo prema dolje i pomjerio ga okomito prema gore ako je koeficijent trenja $0,3$?

Dato: $m=30$r, $N=6 H$, $\mu =0.3$.

Pronađite: $F_(1) $, $F_(2) $-?

Rješenje:

Slika 1.

Da bi se magnet pomjerio prema dolje, zbir gravitacije $mg$ i dodatne primijenjene sile $F_(1) $ mora biti jednak sili trenja $F_( [email protected]) $ (ili biti veći):

$mg+F=F_(mp) $ (1).

Iz formule (1) i iz opće formule za silu trenja

nalazimo potrebnu silu potrebnu da magnet klizi prema dolje:

$F_(mp) =\mu N$($N$ je sila kojom je magnet pritisnut na ploču):

$F_(1) =\mu N-mg=1.5 H$.

Za silu prema gore, jednačina (1) ima oblik:

$F_(2) =\mu N+mg=2.1 H$

odgovor:$F_(1) =1.5 H$, $F_(2) =2.1 H$.

Još ne postoji HTML verzija rada.

Slični dokumenti

Sile koje nastaju između tijela u dodiru s njihovim relativnim kretanjem. Određivanje veličine i smjera sile trenja klizanja, Amonton-Coulomb zakon. Vrste trenja u mehanizmima i mašinama. Uhvatite se za površinu kao sredstvo kretanja.

prezentacija, dodano 16.12.2014


Karakterizacija aproksimativnih metoda za određivanje koeficijenta trenja klizanja, karakteristike njegovog proračuna za različite materijale. Vrijednost i proračun sile trenja prema Coulombovom zakonu. Uređaj i princip rada instalacije za određivanje koeficijenta trenja.

laboratorijski rad, dodano 01.12.2010


Istorija nastanka sile trenja - proces interakcije tela tokom njihovog relativnog kretanja (pomeranja) ili kada se telo kreće u gasovitom ili tekućem mediju. Pojava sila trenja klizanja i mirovanja na spoju susjednih tijela, metode redukcije.

sažetak, dodan 30.07.2015


Uzrok sile trenja i njeni primjeri: pomicanje osovine kotača, kuglica koja se kotrlja po horizontalnom podu. Formule za izračunavanje sile trenja u fizici. Uloga sile trenja u životu na Zemlji: realizacija hodanja, rotacija pogonskih točkova posade.

prezentacija, dodano 16.01.2011


Gravitacijske, elektromagnetne i nuklearne sile. Interakcija elementarnih čestica. Koncept gravitacije i gravitacije. Određivanje elastične sile i glavne vrste deformacija. Osobine sila trenja i sila mirovanja. Manifestacije trenja u prirodi i tehnologiji.

prezentacija, dodano 24.01.2012


Sila trenja kao sila koja proizlazi iz dodira tijela, usmjerena duž granice kontakta i sprječava relativno kretanje tijela. Uzroci trenja. Sila trenja mirovanja, klizanja i kotrljanja. Primjena maziva i ležajeva.

prezentacija, dodano 12.11.2013


Trenje kao proces interakcije čvrstih tijela sa relativnim kretanjem ili sa kretanjem čvrstog tijela u plinovitom ili tekućem mediju. Vrste trenja, proračun statičkog trenja, klizanje i kotrljanje. Proračun koeficijenata trenja za različite parove površina.

praktični rad, dodato 10.05.2010


Trenje u makro- i nano svijetu. Osnovna razlika između sila trenja i sila prianjanja. Kretanje krutog tijela u tečnom mediju. Glavne vrste galaksija su eliptične, spiralne i nepravilne. Prostorna struktura Univerzuma. Galilejev princip relativnosti.

prezentacija, dodano 29.09.2013


Sila trenja kao sila koja proizlazi iz dodira tijela, usmjerena duž granice kontakta i sprječava relativno kretanje tijela. Uzroci trenja. Uloga sile trenja u svakodnevnom životu, tehnologiji i prirodi. Štetno i korisno trenje.

prezentacija, dodano 09.02.2014


Definicija translacijskog kretanja. Akcija i reakcija. Smjer sile. Sila statičkog trenja i sila suvog trenja. Sile međusobne privlačnosti. Priča o tome kako su "Labud, Rak i Štuka preuzeli tovar prtljaga" iz ugla fizike.

Sila trenja u zemaljskim uslovima prati svako kretanje tijela. Nastaje kada dva tijela dođu u kontakt, ako se ta tijela pomiču jedno u odnosu na drugo. Sila trenja je uvijek usmjerena duž dodirne površine, za razliku od sile elastičnosti koja je usmjerena okomito (sl. 1, sl. 2).

Rice. 1. Razlika između smjerova sile trenja i elastične sile

Rice. 2. Površina djeluje na šipku, a šipka djeluje na površinu

Postoje suvi i nesuvi tipovi trenja. Suhi tip trenja nastaje kada čvrste tvari dođu u kontakt.

Zamislite šipku koja leži na horizontalnoj površini (slika 3). Na njega utječu sila gravitacije i sila reakcije oslonca. Delujmo na šipku malom silom , usmjerene duž površine. Ako se šipka ne pomiče, tada je primijenjena sila uravnotežena drugom silom, koja se naziva statička sila trenja.

Rice. 3. Sila statičkog trenja

Statička sila trenja () suprotnog smera i jednake po veličini sili koja teži da pomeri telo paralelno sa površinom njegovog kontakta sa drugim telom.

S povećanjem sile "smicanja", šipka ostaje u mirovanju, stoga se povećava i statička sila trenja. Uz neku, dovoljno veliku silu, šipka će se početi pomicati. To znači da se statička sila trenja ne može povećati do beskonačnosti - postoji gornja granica, više od koje ne može biti. Vrijednost ove granice je maksimalna statička sila trenja.

Djelujmo na šipku dinamometrom.

Rice. 4. Mjerenje sile trenja dinamometrom

Ako dinamometar na njega djeluje silom, onda se može vidjeti da maksimalna statička sila trenja postaje veća s povećanjem mase šipke, odnosno s povećanjem sile gravitacije i sile reakcije sile podrška. Ako se izvrše tačna mjerenja, ona će pokazati da je maksimalna statička sila trenja direktno proporcionalna sili reakcije oslonca:

gdje je modul maksimalne statičke sile trenja; N– sila reakcije potpore (normalan pritisak); - koeficijent statičkog trenja (proporcionalnost). Stoga je maksimalna statička sila trenja direktno proporcionalna sili normalnog pritiska.

Ako izvršimo eksperiment sa dinamometrom i šipkom konstantne mase, okrećući šipku na različite strane (mijenjajući površinu ​​dodira sa stolom), možemo vidjeti da se maksimalna statička sila trenja ne mijenja ( Slika 5). Stoga, maksimalna statička sila trenja ne ovisi o kontaktnoj površini.

Rice. 5. Maksimalna vrijednost statičke sile trenja ne ovisi o kontaktnoj površini

Preciznije studije pokazuju da je statičko trenje u potpunosti određeno silom koja se primjenjuje na tijelo i formulom.

Statička sila trenja ne sprječava uvijek kretanje tijela. Na primjer, statička sila trenja djeluje na đon cipele, istovremeno daje ubrzanje i omogućava vam da hodate po tlu bez klizanja (slika 6).

Rice. 6. Sila statičkog trenja koja djeluje na đon cipele

Drugi primjer: statička sila trenja koja djeluje na točak automobila omogućava vam da se krećete bez klizanja (slika 7).

Rice. 7. Statička sila trenja koja djeluje na točak automobila

U remenskim pogonima djeluje i statička sila trenja (slika 8).

Rice. 8. Sila statičkog trenja u remenskim pogonima

Ako se tijelo kreće, tada sila trenja koja djeluje na njega sa strane površine ne nestaje, ova vrsta trenja se naziva trenje klizanja. Mjerenja pokazuju da je sila trenja klizanja po veličini praktički jednaka maksimalnoj sili statičkog trenja (slika 9).

Rice. 9. Sila trenja klizanja

Sila trenja klizanja uvijek je usmjerena protiv brzine tijela, odnosno sprječava kretanje. Posljedično, kada se tijelo kreće samo pod djelovanjem sile trenja, ono mu daje negativno ubrzanje, odnosno brzina tijela se stalno smanjuje.

Veličina sile trenja klizanja je također proporcionalna sili normalnog pritiska.

gdje je modul sile trenja klizanja; N– sila reakcije potpore (normalan pritisak); – koeficijent trenja klizanja (proporcionalnost).

Slika 10 prikazuje grafik ovisnosti sile trenja o primijenjenoj sili. Prikazuje dva različita područja. Prvi dio, u kojem sila trenja raste s povećanjem primijenjene sile, odgovara statičkom trenju. Drugi dio, gdje sila trenja ne ovisi o vanjskoj sili, odgovara trenju klizanja.

Rice. 10. Grafikon zavisnosti sile trenja od primijenjene sile

Koeficijent trenja klizanja približno je jednak koeficijentu statičkog trenja. Obično je koeficijent trenja klizanja manji od jedinice. To znači da je sila trenja klizanja manja od normalne sile pritiska.

Koeficijent trenja klizanja je karakteristika trljanja dva tijela jedno o drugo, ovisi od kojih materijala su tijela izrađena i koliko su dobro obrađene površine (glatke ili hrapave).

Poreklo statičkih i kliznih sila trenja je zbog činjenice da bilo koja površina na mikroskopskom nivou nije ravna, uvek postoje mikroskopske nehomogenosti na bilo kojoj površini (slika 11).

Rice. 11. Površine tijela na mikroskopskom nivou

Kada dva tijela u kontaktu pokušavaju da se pomaknu jedno u odnosu na drugo, ove nehomogenosti se hvataju i sprečavaju ovo kretanje. Uz malu količinu primijenjene sile, ovaj zahvat je dovoljan da spriječi kretanje tijela, pa nastaje statičko trenje. Kada vanjska sila prijeđe maksimalno statičko trenje, tada zahvat hrapavosti nije dovoljan da zadrži tijela, te se ona počinju pomicati jedno u odnosu na drugo, dok sila trenja klizanja djeluje između tijela.

Ova vrsta trenja nastaje kada se tijela kotrljaju jedno preko drugog ili kada se jedno tijelo kotrlja po površini drugog. Trenje kotrljanja, poput trenja klizanja, daje negativno ubrzanje tijelu.

Pojava sile trenja kotrljanja je posljedica deformacije tijela kotrljanja i potporne površine. Dakle, točak koji se nalazi na vodoravnoj površini deformira potonje. Kada se točak pomera, deformacije nemaju vremena da se oporave, tako da se točak stalno penje na uzvisinu, što izaziva moment sila koji usporava kotrljanje.

Rice. 12. Pojava sile trenja kotrljanja

Veličina sile trenja kotrljanja je u pravilu višestruko manja od sile trenja klizanja, pod uslovom da su sve ostale jednake. Zbog toga je kotrljanje uobičajena vrsta kretanja u inženjerstvu.

Kada se čvrsto tijelo kreće u tekućini ili plinu, na njega djeluje sila otpora sa strane medija. Ova sila je usmjerena protiv brzine tijela i usporava kretanje (slika 13).

Glavna karakteristika sile otpora je da se javlja samo u prisustvu relativnog kretanja tijela i njegove okoline. Odnosno, statička sila trenja u tečnostima i gasovima ne postoji. To dovodi do činjenice da osoba može pomicati čak i tešku baržu koja je na vodi.

Rice. 13. Sila otpora koja djeluje na tijelo kada se kreće u tekućini ili plinu

Modul sile otpora zavisi od:

Od veličine tijela i njegovog geometrijskog oblika (Sl. 14);

Stanje površine tijela (Sl. 15);

Svojstva tečnosti ili gasa (slika 16);

Relativna brzina tijela i njegove okoline (slika 17).

Rice. 14. Zavisnosti modula sile otpora o geometrijskom obliku

Rice. 15. Zavisnosti modula sile otpora o stanju površine tijela

Rice. 16. Ovisnosti modula sile otpora o svojstvima tekućine ili plina

Rice. 17. Zavisnosti modula sile otpora od relativne brzine tijela i okoline

Na slici 18 prikazan je graf zavisnosti sile otpora od brzine kretanja tela. Pri relativnoj brzini jednakoj nuli, sila otpora ne djeluje na tijelo. Sa povećanjem relativne brzine, sila otpora prvo polako raste, a zatim se povećava brzina rasta.

Rice. 18. Grafikon zavisnosti sile otpora od brzine tijela

Pri niskim vrijednostima relativne brzine, sila otpora je direktno proporcionalna vrijednosti ove brzine:

gdje je vrijednost relativne brzine; - koeficijent otpora, koji zavisi od vrste viskoznog medija, oblika i veličine tijela.

Ako je relativna brzina dovoljno velika, tada sila otpora postaje proporcionalna kvadratu ove brzine.

gdje je vrijednost relativne brzine; je koeficijent otpora.

Izbor formule za svaki konkretan slučaj utvrđuje se empirijski.

Tijelo mase 600 g kreće se jednoliko duž horizontalne površine (slika 19). U ovom slučaju na njega se primjenjuje sila čija je vrijednost 1,2 N. Odredite vrijednost koeficijenta trenja između tijela i površine.