TRENIE: TYPY, KOEFICIENT, VÝPOČET, CVIČENIA - FYZICKÝ - 2025

Trenie je odpor k pohybu povrchu je v kontakte s iným. Ide o povrchový jav, ktorý sa vyskytuje medzi pevnými, kvapalnými a plynnými materiálmi. Odolnosť sila tangenciálny k dvom povrchmi v kontakte, ktorý je proti smeru relatívneho posunutiu medzi uvedenými povrchmi, sa tiež nazýva trecia sila alebo trecie sily F _r .

Na premiestnenie pevného telesa na povrch musí byť použitá vonkajšia sila, ktorá môže prekonať trenie. Keď sa telo pohybuje, trecia sila pôsobí na telo, spomaľuje ho a môže ho dokonca zastaviť.

Trenie

Trecia sila môže byť graficky znázornená silovým diagramom telesa v kontakte s povrchom. V tomto diagrame je trecia sila F _r ťahaná proti súčasti sily pôsobiacej na teleso tangenciálne k povrchu.

Kontaktný povrch vyvíja na telo reakčnú silu nazývanú normálna sila N. V niektorých prípadoch je normálna sila spôsobená iba hmotnosťou P telesa spočívajúcou na povrchu a v iných prípadoch je spôsobená pôsobením iných síl, ako je gravitačná sila.

Trenie nastáva, pretože medzi kontaktnými povrchmi sú mikroskopické nerovnosti. Pri pokuse posunúť jednu plochu na druhú dochádza k treniu medzi nerovnosťami, ktoré bránia voľnému pohybu na rozhraní. Na druhej strane dochádza k stratám energie vo forme tepla, ktoré sa nepoužíva na pohyb tela.

Druhy trenia

Existujú dva hlavné typy trenia: Coulombove trenie alebo suché trenie a kvapalinové trenie.

- Trecie trenie

Coulombove trenie je vždy proti pohybu telies a je rozdelené na dva typy trenia: statické trenie a kinetické (alebo dynamické) trenie.

Pri statickom trení nedochádza k pohybu tela po povrchu. Aplikovaná sila je veľmi nízka a nestačí na prekonanie trecej sily. Trenie má maximálnu hodnotu, ktorá je úmerná normálnej sile a nazýva sa statická trecia sila F _re .

Sila statického trenia je definovaná ako maximálna sila, ktorá odoláva začiatku pohybu tela. Keď aplikovaná sila prekročí statickú treciu silu, zostáva na svojej maximálnej hodnote.

Kinetické trenie pôsobí, keď je telo už v pohybe. Sila potrebná na udržanie tela v pohybe trením sa nazýva kinetická trecia sila F _rc .

Sila kinetického trenia je menšia alebo sa rovná sile statického trenia, pretože akonáhle sa telo začne pohybovať, je ľahšie v pohybe, ako sa o to pokúsiť v pokoji.

Coulombove zákony trenia

1. Trecia sila je priamo úmerná sile normálnej na kontaktnú plochu. Konštancia proporcionality je koeficient trenia μ, ktorý existuje medzi dotykovými povrchmi.
2. Trecia sila je nezávislá od veľkosti zdanlivej kontaktnej plochy medzi povrchmi.
3. Kinetická trecia sila je nezávislá od rýchlosti kĺzania tela.

-Fluidné trenie

Trenie sa tiež vyskytuje, keď sa telá pohybujú v kontakte s kvapalnými alebo plynnými materiálmi. Tento typ trenia sa nazýva tekutinové trenie a je definovaný ako odpor voči pohybu telies v kontakte s tekutinou.

Trenie kvapaliny sa tiež týka odporu tekutiny prúdiť v kontakte s vrstvami tekutiny toho istého alebo iného materiálu a je závislá od rýchlosti a viskozity tekutiny. Viskozita je miera odporu tekutiny proti pohybu.

-Stokes trenie

Stokesovo trenie je typ tekutého trenia, pri ktorom sférické častice ponorené do viskóznej tekutiny v laminárnom prúde zažívajú treciu silu, ktorá spomaľuje ich pohyb v dôsledku kolísania molekúl tekutiny.

Stokesovo trenie

Tok je laminárny, keď sú viskózne sily, ktoré pôsobia proti pohybu tekutiny, väčšie ako zotrvačné sily a tekutina sa pohybuje dostatočne malou rýchlosťou a po priamke.

Koeficienty trenia

Podľa Coulombovho prvého zákona o trení sa koeficient trenia μ získava zo vzťahu medzi trecou silou a silou kolmou na kontaktnú plochu.

Koeficient μ je bezrozmerná veličina, pretože je to vzťah medzi dvoma silami, ktorý závisí od povahy a spracovania materiálov v kontakte. Všeobecne je hodnota koeficientu trenia medzi 0 a 1.

Statický koeficient trenia

Koeficient statického trenia je konštanta proporcionality, ktorá existuje medzi silou, ktorá zabraňuje pohybu telesa v pokojovom stave, a silou kolmou na povrch.

Kinetický koeficient trenia

Koeficient kinetického trenia je konštanta proporcionality, ktorá existuje medzi silou, ktorá obmedzuje pohyb tela pohybujúceho sa po povrchu, a silou kolmou na povrch.

Koeficient statického trenia je väčší ako koeficient kinetického trenia.

Elastický koeficient trenia

Elastický koeficient trenia je odvodený od trenia medzi kontaktnými povrchmi elastických, mäkkých alebo drsných materiálov, ktoré sú deformované pôsobením síl. Trenie je proti relatívnemu pohybu medzi dvoma elastickými povrchmi a posun je sprevádzaný elastickou deformáciou povrchových vrstiev materiálu.

Koeficient trenia získaný za týchto podmienok závisí od stupňa drsnosti povrchu, fyzikálnych vlastností materiálov, ktoré sú v kontakte, a veľkosti tangenciálnej zložky šmykovej sily na rozhraní materiálov.

Koeficient molekulového trenia

Molekulový koeficient trenia sa získa zo sily, ktorá obmedzuje pohyb častice, ktorá sa posúva po hladkom povrchu alebo cez tekutinu.

Ako sa počíta trenie?

Trecia sila na pevných rozhraniach sa vypočíta pomocou rovnice F _r = μN

Nahradením hmotnostnej rovnice do rovnice trecej sily sa získa:

Charakteristiky normálu

Ak je predmet v pokoji na rovnom povrchu, normálna sila je sila, ktorá pôsobí povrchom na telo, a podľa Newtonovho zákona o akcii a reakcii je proti gravitačnej sile.

Normálna sila pôsobí vždy kolmo na povrch. Na naklonenom povrchu sa normál zmenšuje so zväčšujúcim sa uhlom sklonu a ukazuje v kolmom smere od povrchu, zatiaľ čo hmotnosť smeruje vertikálne nadol. Rovnica normálnej sily na naklonenej ploche je:

θ = uhol sklonu dotykovej plochy.

Šikmé rovinné trenie

Zložka sily, ktorá pôsobí na telo a posúva ju, je:

Keď sa aplikovaná sila zvyšuje, približuje sa maximálnej hodnote trecej sily, táto hodnota je hodnota zodpovedajúca statickej trecej sile. Ak F = F _re , statická trecia sila je:

Koeficient statického trenia sa získa tangens uhla sklonu 9.

Riešené cvičenia

- prítlačná sila predmetu spočívajúceho na vodorovnom povrchu

15 kg box umiestnený na vodorovnom povrchu je tlačený osobou, ktorá aplikuje silu 50 Newtonov pozdĺž povrchu, aby sa pohybovala a potom aplikuje silu 25 N, aby sa box pohyboval konštantnou rýchlosťou. Stanovte koeficienty statického a kinetického trenia.

Krabica sa pohybuje na vodorovnej ploche

Riešenie: S hodnotou sily použitej na pohyb skrinky sa získa koeficient statického trenia μ _e .

Normálna sila N na povrch sa rovná hmotnosti boxu, takže N = mg

V tomto prípade μ _e = 50Nový / 147Nový

Sila použitá na udržanie konštantnej rýchlosti skrinky je kinetická trecia sila, ktorá sa rovná 25New.

Koeficient kinetického trenia sa získa pomocou rovnice μ _c = F _rc / N

- Tlaková sila predmetu pôsobením sily s uhlom sklonu

Muž pôsobí silou na 20 kg krabicu, s uhlom aplikácie 30 ° vo vzťahu k povrchu, na ktorom spočíva. Aká je veľkosť sily použitej na pohyb skrinky, ak je koeficient trenia medzi skriňou a povrchom 0,5?

Riešenie: Schéma voľného telesa predstavuje pôsobiacu silu a jej vertikálne a horizontálne komponenty.

Diagram voľného tela

Aplikovaná sila vytvára s horizontálnym povrchom uhol 30 °. Vertikálna zložka sily zvyšuje normálnu silu ovplyvňujúcu silu statického trenia. Škatuľa sa pohybuje, keď horizontálna zložka aplikovanej sily prekročí maximálnu hodnotu trecej sily F _re . Vyrovnanie horizontálnej zložky sily so statickým trením dáva:

Normálna sila

Normálna sila už nie je hmotnosťou tela kvôli vertikálnej zložke sily.

Podľa druhého Newtonovho zákona je súčet síl pôsobiacich na skriňu na zvislej osi nula, preto vertikálna zložka zrýchlenia je _y = 0. Normálna sila sa získa zo súčtu

Nahradením rovnice do rovnice sa získa toto:

-Veľkosť v pohybujúcom sa vozidle

Vozidlo s hmotnosťou 1,5 tony cestuje po priamej a vodorovnej ceste rýchlosťou 70 km / h. Vodič vidí prekážky na ceste v určitej vzdialenosti, ktorá ho núti prudko zabrzdiť. Po zabrzdení vozidlo krátko skĺzne, až sa zastaví. Ak je koeficient trenia medzi pneumatikami a vozovkou 0,7; určiť nasledujúce:

1. Aká je hodnota trenia pri šmyku vozidla?
2. Spomalenie vozidla
3. Vzdialenosť ubehnutá vozidlom od brzdenia po zastavenie.

Trecia sila vozidla pri šmyku je:

= 10290 Nové

Časť b

Trecia sila ovplyvňuje spomalenie vozidla pri šmyku.

Použitím Newtonovho druhého zákona sa hodnota spomalenia získa riešením pre rovnicu F = ma

Oddiel c

Počiatočná rýchlosť vozidla je v ₀ = 70 Km / h = 19,44 m / s

Keď vozidlo zastaví, jeho konečná rýchlosť je v _f = 0 a spomalenie je a = - 6,86 m / s ²

Vzdialenosť ubehnutá vozidlom od jeho zabrzdenia po zastavenie sa získa riešením pre d z nasledujúcej rovnice:

Pred zastavením vozidlo prejde vzdialenosť 27,54 m.

1. Výpočty koeficientu trenia za elastických kontaktných podmienok. Mikhin, N. M. 2, 1968, Soviet Materials Science, zväzok 4, str. 149-152.
2. Blau, P J. Friction Science and Technology. Florida, USA: CRC Press, 2009.
3. Vzťah medzi adhéznymi a trecími silami. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung a Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, zv. 8, str. 1231-1249.
4. Zimba, J. Force and Motion. Baltimore, Maryland: Johns Hopkins University Press, 2009.
5. Bhushan, B. Princípy a aplikácie tribologie. New York: John Wiley and Sons, 1999.
6. Sharma, CS a Purohit, K. Teória mechanizmov a strojov. Nové Dillí: Indická sála v Prentice, 2006.