1. Определение на сила на триене
Триенето е съпротивление, което действа между повърхностите на обекти, които се докосват. В тази тема се изучава силата на триене, свързана със силата на триене, действаща между две твърди повърхности на тялото, които се докосват. Например триене между основата на гредата и повърхността на пода, триене между основата на обувката и повърхността на пода, триене между колелата на автомобила и пътната настилка.
Силата на триене винаги действа върху повърхността на твърди предмети, които се докосват един до друг, въпреки че предметите са много гладки. Дори гладките повърхности всъщност са много грапави в микроскопичен мащаб. Когато даден предмет се движи, тези микроскопични ръбове пречат на движението. На атомно ниво, издатина на повърхността кара атомите да са много близо до други повърхности, така че електрическите сили между атомите могат да образуват химични връзки, като съюз между две повърхности на движещ се предмет. Когато даден предмет се движи, например, когато натиснете книга върху повърхността на масата, движението на книгата среща препятствия и накрая спира. Това се дължи на образуването и освобождаването на връзката.
Ако повърхността на един обект се трие в повърхността на друг обект, всеки от тези обекти работи на принципа на триене помежду си. Силата на триене върху движещия се обект винаги е в обратна посока на посоката на движение на обекта. Освен че възпрепятства движението на обектите, триенето може да причини износване и повреди. Можем да наблюдаваме това в двигателя на превозното средство. Например, когато подаваме смазочно масло към двигателя на мотоциклет, всъщност искаме да намалим силата на триене, която възниква вътре в двигателя. Ако не се подава смазочно масло, двигателят на превозното ни средство бързо се поврежда. Този пример е една от загубите, причинени от триене.
2. Видове сили на триене
Съществуват два вида сили на триене, а именно сила на статично триене (fₙ ) и сила на кинетично триене (fₙ ) . Статичната сила на триене действа, когато обектът не се е движил, докато кинетичната сила на триене действа, когато обектът се движи. Ако бутате маса, но тя не се е движила, тогава силата на триене, действаща върху масата, която е в покой, е статична сила на триене. Обратно, когато масата се движи, силата на триене, действаща върху нея, е кинетично триене. Ако движещата се маса не се бута постоянно, тя ще спре след известно време на движение. Масата спира поради кинетичната сила на триене, която блокира движението на масата.
Подхлъзнали ли сте се някога, когато сте стъпили върху нещо гладко? Когато се подхлъзнете, силата на триене, която действа между основата на обувката или долната част на сандал с гладка повърхност, е кинетично триене. Този проблем е подобен на това, когато мотоциклет или кола се движат по мокра и гладка пътна настилка, спирайки, докато колелото се подхлъзне. Когато колелата се подхлъзнат, силата на триене, действаща върху повърхността на колелото и пътната настилка, е кинетична сила на триене. Обратно, когато ходите, силата на триене, която действа между основата на обувката или долната част на сандалите с повърхността на пода, е статична сила на триене. По същия начин, когато колелата не се подхлъзват, силата на триене, действаща върху повърхността на колелото и пътя, е статично триене.
2.1 Статична сила на триене
Статичната сила на триене е сила на триене, действаща върху повърхността на обекти, които се докосват един до друг, когато обектите все още не са се движили.
Фигура 1 показва обект, който все още е върху повърхността на равна равнина. Ако обектът все още не се е поместил, тогава силата на статично триене (fs) е по-малка от силата на дърпане (F). Ако продължи да бъде дърпан, тогава обектът ще се движи. Когато десният обект се движи, големината на силата на статичното триене (fs) е равно на големината на силата на дърпане (F).
Първият закон на Нютон гласи, че обектите са в покой, ако общата сила (резултантната сила) е нула.
ΣF y = 0 (Обектът е в покой и не се движи във вертикална посока)
N – w = 0
N = w (1.2)
Заменете N в уравнение 1.1 с N в уравнение 1.2
fs = μsw
f s = μ s mg (1.3)
fs = статично триене (N), μs = коефициент на статично триене, N = нормална сила (N), w = гравитация (N), m = маса (kg), g = ускорение на гравитацията (m/ s² )
Ако искате да определите коефициента на статично триене, използвайте уравнение 1.1 b
Σf x = 0 (Обектът е неподвижен и не се движи в хоризонтална посока)
F – fs = 0
F = fₙs ( 1.4)
Когато обектът започне да се движи, максималната статична сила на триене е равна на големината на силата на бутане или дърпане.
2.2 Кинетична сила на триене
Кинетичната сила на триене е силата на триене, действаща върху повърхността на обекти, които се докосват един до друг, когато даден обект се движи.
Ако искате да определите коефициента на кинетично триене (μk ) , използвайте уравнение 1.5b
Фигура 2 показва обект, който се дърпа равномерно, така че обектът се движи с постоянна скорост. При движение с постоянна скорост, големината на кинетичната сила на триене (fk) е равна на големината на силата на дърпане (F).
Първият закон на Нютон гласи, че обектът се движи с постоянна скорост, ако общата сила (резултантната сила) е нула.
ΣF x = 0 (обектите се движат с постоянна скорост в хоризонтална посока)
F – fk = 0
F = fk ( 1.6)
Примерна задача 1:
Ученик дърпа греда с маса 1 kg, разположена върху повърхността на масата, с помощта на динамометър (устройство за измерване на сила). Когато гредата се движи, динамометърът показва числото 2 N. Ако ускорението на гравитацията = 10 m/s² , определете (а) големината на силата на статично триене (б) коефициента на статично триене
Решение:
Известни са : m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s² , w = mg = 10 N
(а) f s
Когато гредата се движи, големината на статичната сила на триене = големината на силата на опън (сравнете уравнение 1.4). Следователно, fs = F = 2 N.
(б) μs
fs = μsw
2 N = (μs ) (10 N)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
Примерна задача 2:
Греда с маса 1 kg, разположена над повърхността на масата, се дърпа равномерно, така че гредата се движи с постоянна скорост. Когато гредата се движи с постоянна скорост, динамометърът показва числото 1 N. Ако ускорението на гравитацията = 10 m/s² , определете (а) големината на силата на кинетично триене (б) коефициента на кинетично триене
Решение:
Известни са: m = 1 kg, g = 10 m/s² , F = 1 N, w = mg = 10 N
(а) f k
Когато гредата се движи равномерно или се движи с постоянна скорост, големината на кинетичната сила на триене = големината на силата на опън (сравнете уравнение 1.6).
Така че fk = F = 1N
(б) μk
fk = μkw
1 N = (μk ) (10 N)
μk = 1 N / 10 N = 0.1
