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

Trenje se događa na dodirnim površinama dvaju čvrstih tijela. Ima važnu ulogu i u tehnologiji i u svakodnevnom životu. Postoje tri vrste vanjskog trenja: statično trenje, trenje klizanja, trenje kotrljanja. Na veličinu sila trenja i prirodu njihove ovisnosti o brzini značajno utječe stanje površina, njihova obrada, prisutnost onečišćenja itd. Međutim, veličina tih sila ovisi o veličini normalnog tlaka između površina. Sila trenja između čvrstih tijela u dodiru ima karakterističnu osobinu: ne nestaje zajedno s brzinom. Sila trenja koja postoji između tijela koja su u dodiru, ali nisu u pokretu naziva se statičko trenje. Veličina i smjer statičke sile trenja određeni su 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 gibanje. Statička sila trenja ne može prijeći 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 stalna sila trenja klizanja.

Trenje mirovanja i trenje klizanja ne ovise o veličini površine dodira čvrstih tijela. Za ta tijela statičke sile i sile trenja klizanja izravno su 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 kotače automobila, kao i za potplate pješaka. Na mjestu dodira s tlom kotačić i potplat 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 naziva podmazivanje.

Predavanje 4. Trenje čvrstih tijela

Vanjsko trenje, mehanički otpor koji se javlja u ravnini dodira dvaju dodirujućih tijela tijekom njihovog relativnog kretanja. Sila otpora F tr usmjerena suprotno od gibanja danog tijela naziva se sila trenja koja djeluje na to tijelo. Vanjsko trenje je disipativni proces, praćen oslobađanjem topline, naelektrizacijom tijela, njihovim uništavanjem itd.

Razlikovati vanjsko trenje klizanja i trenje kotrljanja. Trenje klizanja- sila koja proizlazi iz translacijskog gibanja jednog od dodirnih tijela u odnosu na drugo i djeluje na to 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 omjeru sile trenja prema normalnom opterećenju; karakteristika trenja kotrljanja je koeficijent trenja kotrljanja f k - vrijednost koja ima dimenziju duljine, je omjer momenta trenja kotrljanja i normalnog opterećenja. Vanjski uvjeti (opterećenje, brzina, hrapavost, temperatura, podmazivanje) utječu na vrijednost vanjskog trenja ne manje od prirode trljanja tijela, mijenjajući je nekoliko puta.

Mehanizam nastanka trenja objašnjava se molekularno-mehaničkom teorijom trenja, čijem su razvoju uvelike pridonijeli ruski znanstvenici (B.V. Deryagin, I.V. Kragelsky i dr.) i strani znanstvenici (Bowden, Tabor, Tomlinson i dr.). Prema ovoj teoriji, trenje ima dvojaku molekularno-mehaničku prirodu. Sila trenja F tr može se predstaviti kao zbroj molekularne (ljepljive) F a i mehaničke (deformacijske) komponente F σ:

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

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 zbroj ljepljive i kohezivne komponente. Suho i granično trenje slična su po svom

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 tvarima i, takoreći, služe kao nastavak čvrste faze. Stoga, kao i kod suhog trenja, zapravo dolazi do kontakta između dviju čvrstih površina. Razlika se očituje u različitim vrijednostima koeficijenta trenja.

U drugom slučaju, osim gornjih filmova, tu su i molekule maziva u obliku tankog sloja debljine nekoliko molekula, koje su čvrsto vezane za površinu. Karakteristično u ovom slučaju je smanjenje i jedne i druge komponente.

U trećem slučaju, sloj tekućeg maziva potpuno odvaja površine koje se spajaju. Ljepljiva 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 ljepljivoj komponenti. Situacija je nešto drugačija za plastiku i gumu. U potonjem slučaju razlika se smanjuje za više od reda veličine, a ako guma klizi po hrapavoj površini, ne treba zanemariti komponentu deformacije.

maziva i mnogi drugi čimbenici.

Riža. 4.2. Shema tribometra

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

S elastičnim nezasićenim kontaktom udaljenosti između pojedinih dodirnih zona dovoljno su velike da se utjecaj zona jedne na drugu može zanemariti. Ukupna sila trenja tijekom klizanja apsolutno krutog tijela s grubom površinom, u odnosu na mekše tijelo s 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 isti prodor.

Za određivanje sile F i razmotrite procese koji se događaju u kontaktnoj zoni jedne mikrohrapavosti (slika 4.3). Deformacijska komponenta sile trenja nastaje zbog nesavršene elastičnosti materijala deformabilnih slojeva. To je zbog gubitaka histereze. U skladu s istraživanjem engleskog znanstvenika D. Tabora

komponenta deformacije sila trenja je

gdje je E modul elastičnosti deformabilnog materijala; μ je Poissonov omjer ovog materijala; α hist je koeficijent histereznih gubitaka materijala u uvjetima složenog stanja naprezanja.

Riža. 4.3. raspodjela naprezanja tijekom elastičnih deformacija u zoni dodira lopte s ravnom površinom deformabilnog tijela

Molekularna komponenta sila trenja posljedica je 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 izračunava se iz izraza (4.4), u kojem su svi i-ti parametri određeni kroz poznate vrijednosti. Ako definiramo

normalno opterećenje P ovisno o pristupu, tada je moguće izračunati koeficijent trenja ovisno o pristupu f =

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

koeficijent trenja (sadrži parametre trenja τ 0 i β ) opada, a koeficijent deformacije raste. Ovisnost koeficijenta trenja o parametru h/R prikazana je na sl. 4.4.

Riža. 4.4 Ovisnost koeficijenta trenja o pristupu

Rezultati eksperimenta. Ponašanje materijala tijekom trenja određeno je dubinom širenja plastične deformacije u uzorak. S povećanjem normalnog tlaka 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 osigura potrebnu nosivost. Tako se nakon uletanja u površinu 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 ovisnosti koeficijenta trenja o tlaku u stacionarnom režimu graničnog podmazivanja kod klizanja uzoraka čelika 36NKhTYu u kaljenom i ostarjelom stanju preko kaljenog čelika 45. Austenitni čelik 36NKhTYu

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

Riža. 4.6. Ovisnost koeficijenta trenja

(k) tlak za leguru 36NKhTYu kaljenu od 9700 C (1) i odležanu nakon gašenja na 7500 C tijekom 1 sata (2)

Slika 4.7. Ovisnost koeficijenta trenja uzorka izrađenog od čelika 36NKhTYu (a) i bakra (b) o brzini klizanja i opterećenju

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 s maksimumom ovisno o opterećenju pri svim brzinama. Za leguru 36NKhTYu, koeficijent trenja pri malim brzinama praktički je 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 s povećanjem pobude tijekom trenja. Očigledno je u ovom slučaju važan proces fragmentacije površinskih slojeva, koji dovodi do povećanja pokretljivosti elemenata koji čine strukturu.

Riža. 4.8. Ovisnost momenta sile trenja kompozitnog materijala TiC-NiCr (a) o opterećenju u paru s 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 prizemnom sloju igra važnu ulogu u procesu kontakta dvaju materijala s njihovim relativnim klizanjem.

Doista, primjer utjecaja temperature kontakta na proces trenja može biti ponašanje TiC-NiCr kompozitnog materijala tijekom trenja u tandemu s materijalima, među kojima su bili TiC-NiCr CM, stelit i “tvrda legura-bronca” sastav, koji se razlikuju u toplinskoj vodljivosti. U ovim ispitivanjima, kada je sučelje bilo u obliku mehaničke brtve, uklanjanje topline iz zone trenja može se provesti uglavnom zbog toplinske vodljivosti materijala u kontaktu. Budući da je toplinska vodljivost CM TiCNiCr i stelita (3V16K) mnogo niža od toplinske vodljivosti CM kompozita razvijenog za visoko opterećene frikcione jedinice, priroda trenja bi trebala biti drugačija. Doista, 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 popraćeno je skokovima momenta trenja, što ukazuje

Riža. 4.9. Shematski prikaz raspodjele temperature u površinskom sloju u slučaju plastične deformacije tijekom trenja

Sila trenja. Vrste sila suhog trenja

Sile trenja nastaju kada dodiruju tijela ili se njihovi dijelovi međusobno pomiču. Trenje koje proizlazi iz relativnog kretanja dvaju tijela u dodiru naziva se vanjskim; trenje između dijelova istog čvrstog tijela (npr. tekućine ili plina) naziva se unutarnje trenje .

Silu trenja koja nastaje kada se čvrsto tijelo pomiče u odnosu na tekući ili plinoviti medij treba klasificirati kao silu unutarnje trenje, budući da se u tom slučaju slojevi medija koji su u izravnom dodiru s tijelom njime pokreću istom brzinom kao što ima tijelo, a na gibanje tijela utječe trenje između ovih slojeva vanjskog medija njima.

Definicija 1

Trenje između površina dviju čvrstih tijela u odsutnosti bilo kakvog međusloja, poput maziva između njih, naziva se suha . Trenje između čvrstog tijela i tekućeg ili plinovitog medija, kao i između slojeva takvog medija naziva se viskozna (ili tekućina). Što se tiče suhog 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, a što je veći koeficijent trenja između tih 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 prianjaju jedno uz drugo. Kad ne bi bilo sile trenja klizanja, tada bi se tijelo, pokrenuto kratkotrajnim djelovanjem sile na njega, nastavilo jednoliko kretati. Međutim, budući da sila trenja klizanja postoji, a usmjerena je protiv gibanja tijela, tijelo se postupno zaustavlja.

Intermolekularne interakcije na dodirnim površinama dvaju tijela. Ova interakcija može se dogoditi samo na vrlo glatkim, dobro poliranim površinama. Molekule različitih tijela vrlo su blizu jedna drugoj 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 dodiru 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, kotači vozila kotrljaju se po cesti, bačva okrenuta na bok s brežuljka, lopta na podu. Sila trenja kotrljanja je mnogo manja od sile trenja klizanja. Zapamtite, lakše je nositi veliku torbu na kotačima nego je vući po zemlji. Razlog leži u različitom načinu kontakta između tijela koje se kreće i površine. Prilikom kotrljanja, kotač, takoreći, pritiska, drobi površinu pod sobom, odbija od nje. Kotačić ne mora hvatati mnogo malih površinskih nepravilnosti, kao kod kliznih tijela.

Napomena 1

Što je površina tvrđa, to je sila trenja kotrljanja manja. Na primjer, teže je voziti bicikl po pijesku nego po asfaltu, jer na pijesku morate svladati veliku silu trenja kotrljanja. To je zbog činjenice da se lakše odgurne s 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 reakcijske sile oslonca.

statička sila trenja

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

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

Statična sila trenja je svuda oko nas. Sve predmete koji leže na drugim tijelima drži statička sila trenja. Statička sila trenja je ujednačena da zadrži predmete na nagnutim površinama. Na primjer, osoba može stajati na padini, 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 "adhezije" s površinom zbog statičke sile trenja, kao rezultat, postaje moguće odbijanje od površine.

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

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

Napomena 2

U većini slučajeva, maksimalna sila statičkog trenja nešto je veća od sile trenja klizanja. Dakle, da biste počeli premještati ormarić, prvo se morate malo više potruditi nego ih primijeniti 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:

najveća vrijednost statičke sile trenja jednaka je sili trenja klizanja;

apsolutna vrijednost sile trenja klizanja izravno je 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 na ploču postavili magnet težak 30$ g. Magnet je pritisnut na ploču sa silom od 6 H$. Koju silu treba primijeniti da bi se magnet pomaknuo prema dolje i pomaknuo ga okomito prema gore ako je koeficijent trenja $0,3$?

Zadano: $m=30$r, $N=6 H$, $\mu =0,3$.

Pronađite: $F_(1) $, $F_(2) $-?

Riješenje:

Slika 1.

Da bi se magnet pomaknuo prema dolje, zbroj gravitacije $mg$ i dodatne primijenjene sile $F_(1) $ mora biti jednak sili trenja $F_( [e-mail zaštićen]) $ (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, jednadžba (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 djela.

Slični dokumenti

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

prezentacija, dodano 16.12.2014


Karakterizacija približnih metoda za određivanje koeficijenta trenja klizanja, značajke njegovog proračuna za različite materijale. Vrijednost i proračun sile trenja prema Coulombovu zakonu. Uređaj i princip rada instalacije za određivanje koeficijenta trenja.

laboratorijski rad, dodano 12.01.2010


Povijest nastanka sile trenja - proces interakcije tijela tijekom njihovog relativnog gibanja (pomicanja) ili kada se tijelo kreće u plinovitom ili tekućem mediju. Pojava sila trenja klizanja i mirovanja na spoju susjednih tijela, metode redukcije.

sažetak, dodan 30.07.2015


Uzrok sile trenja i njezini primjeri: kretanje osovine kotača, kuglica koja se kotrlja po horizontalnom podu. Formule za izračun sile trenja u fizici. Uloga sile trenja u životu na Zemlji: provedba hodanja, rotacija pogonskih kotača posade.

prezentacija, dodano 16.01.2011


Gravitacijske, elektromagnetske i nuklearne sile. Interakcija elementarnih čestica. Koncept gravitacije i gravitacije. Određivanje elastične sile i glavne vrste deformacija. Značajke 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 dodira i sprječava relativno gibanje tijela. Uzroci trenja. Sila trenja mirovanja, klizanja i kotrljanja. Primjena maziva i ležajeva.

prezentacija, dodano 12.11.2013


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

praktični rad, dodano 10.05.2010


Trenje u makro- i nanosvijetu. Temeljna razlika između sila trenja i sila prianjanja. Gibanje krutog tijela u tekućem mediju. Glavne vrste galaksija su eliptične, spiralne i nepravilne. Prostorna struktura Svemira. Galilejev princip relativnosti.

prezentacija, dodano 29.09.2013


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

prezentacija, dodano 09.02.2014


Definicija translacijskog gibanja. Akcija i reakcija. Smjer sile. Sila statičkog trenja i sila suhog trenja. Sile međusobne privlačnosti. Priča o tome kako su "Labud, Rak i Štuka preuzeli teret prtljage" iz ugla fizike.

Sila trenja u zemaljskim uvjetima prati svako kretanje tijela. Nastaje kada dva tijela dođu u dodir, 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).

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

Riža. 2. Površina djeluje na šipku, a šipka djeluje na plohu

Postoje suhe i nesuhe vrste trenja. Suhi tip trenja nastaje kada krute tvari dođu u dodir.

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

Riža. 3. Sila statičkog trenja

Statička sila trenja () suprotnog smjera i jednake po veličini sili koja teži pomicanju tijela paralelno s površinom njegova dodira s drugim tijelom.

S povećanjem sile "smicanja", šipka ostaje u mirovanju, stoga se povećava i statička sila trenja. S nekom, dovoljno velikom, silom, 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 najveća statička sila trenja.

Djelujmo na šipku dinamometrom.

Riža. 4. Mjerenje sile trenja dinamometrom

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

gdje je modul maksimalne statičke sile trenja; N– sila reakcije potpore (normalan tlak); - koeficijent statičkog trenja (proporcionalnost). Stoga je najveća statička sila trenja izravno proporcionalna sili normalnog tlaka.

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

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

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

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

Riža. 6. Sila statičkog trenja koja djeluje na potplat cipele

Drugi primjer: statička sila trenja koja djeluje na kotač automobila omogućuje vam da se krenete bez klizanja (slika 7).

Riža. 7. Statička sila trenja koja djeluje na kotač automobila

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

Riža. 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.).

Riža. 9. Sila trenja klizanja

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

Veličina sile trenja klizanja također je proporcionalna sili normalnog tlaka.

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

Na slici 10. prikazan je graf 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.

Riža. 10. Grafikon ovisnosti sile trenja o primijenjenoj sili

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 dvaju tijela jedno o drugo, ovisi o tome od kojih su materijala tijela izrađena i koliko su dobro obrađene površine (glatke ili hrapave).

Podrijetlo statičkih i kliznih sila trenja je zbog činjenice da bilo koja površina na mikroskopskoj razini nije ravna, uvijek postoje mikroskopske nehomogenosti na bilo kojoj površini (slika 11).

Riža. 11. Površine tijela na mikroskopskoj razini

Kada se dva tijela u dodiru pokušavaju kretati jedno u odnosu na drugo, te se nehomogenosti hvataju i sprječavaju to kretanje. Uz malu količinu primijenjene sile, taj je zahvat dovoljan da spriječi pomicanje 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 posljedica je deformacije tijela kotrljanja i potporne površine. Dakle, kotač koji se nalazi na vodoravnoj površini deformira potonje. Kada se kotač pomiče, deformacije se nemaju vremena oporaviti, pa se kotač cijelo vrijeme mora penjati na malu uzvisinu, što uzrokuje moment sila koji usporava kotrljanje.

Riža. 12. Pojava sile trenja kotrljanja

Veličina sile trenja kotrljanja u pravilu je višestruko manja od sile trenja klizanja, pri svim ostalim jednakim uvjetima. Zbog toga je kotrljanje uobičajena vrsta kretanja u strojarstvu.

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

Glavna značajka sile otpora je da se javlja samo u prisutnosti relativnog gibanja tijela i njegove okoline. To jest, statička sila trenja u tekućinama i plinovima ne postoji. To dovodi do činjenice da osoba može premjestiti čak i tešku teglenicu koja je na vodi.

Riža. 13. Sila otpora koja djeluje na tijelo pri kretanju u tekućini ili plinu

Modul sile otpora ovisi o:

Od veličine tijela i njegovog geometrijskog oblika (slika 14);

Uvjeti površine tijela (slika 15);

Svojstva tekućine ili plina (slika 16);

Relativna brzina tijela i njegove okoline (slika 17).

Riža. 14. Ovisnosti modula sile otpora o geometrijskom obliku

Riža. 15. Ovisnosti modula sile otpora o stanju površine tijela

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

Riža. 17. Ovisnosti modula sile otpora o relativnoj brzini tijela i njegove okoline

Na slici 18 prikazan je graf ovisnosti sile otpora u odnosu na brzinu tijela. Pri relativnoj brzini jednakoj nuli, sila otpora ne djeluje na tijelo. S povećanjem relativne brzine, sila otpora najprije polako raste, a zatim raste brzina rasta.

Riža. 18. Grafikon ovisnosti sile otpora o brzini tijela

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

gdje je vrijednost relativne brzine; - koeficijent otpora, koji ovisi o vrsti viskoznog medija, obliku i veličini tijela.

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

gdje je vrijednost relativne brzine; je koeficijent otpora.

Izbor formule za svaki konkretan slučaj utvrđuje se empirijski.

Tijelo mase 600 g giba se jednoliko po vodoravnoj površini (slika 19). U tom slučaju na njega se primjenjuje sila čija je vrijednost 1,2 N. Odredite vrijednost koeficijenta trenja između tijela i površine.