1. Definicija sile trenja
Trenje je otpor koji djeluje između površina objekata koji se dodiruju. U ovoj temi, sila trenja koja se proučava odnosi se na silu trenja koja djeluje između dvije čvrste površine tijela koje se dodiruju. Kao što je trenje između podnožja grede i površine poda, trenje između podnožja cipele i površine poda, trenje između točkova automobila i površine ceste.
Sila trenja uvijek djeluje na površinu čvrstih predmeta koji se međusobno dodiruju, iako su predmeti vrlo glatki. Čak su i glatke površine zapravo vrlo hrapave na mikroskopskoj skali. Kada se predmet kreće, ovi mikroskopski grebeni ometaju kretanje. Na atomskom nivou, izbočina na površini uzrokuje da atomi budu vrlo blizu drugim površinama, tako da električne sile između atoma mogu formirati hemijske veze, kao sjedinjenje između dvije površine predmeta u pokretu. Kada se predmet kreće, na primjer kada gurnete knjigu na površinu stola, kretanje knjige nailazi na prepreke i konačno se zaustavlja. To je zbog formiranja i otpuštanja veze.
Ako površina jednog objekta trlja o površinu drugog objekta, svaki od ovih objekata djeluje na principu međusobnog trenja. Sila trenja na objektu u pokretu uvijek je u suprotnom smjeru od smjera kretanja objekta. Osim što ometa kretanje objekata, trenje može uzrokovati habanje i oštećenje. To možemo primijetiti na motoru vozila. Na primjer, kada motoru motocikla dodajemo ulje za podmazivanje, zapravo želimo smanjiti silu trenja koja se javlja unutar motora. Ako se ne doda ulje za podmazivanje, motor našeg vozila se brzo oštećuje. Ovaj primjer je jedan od gubitaka uzrokovanih trenjem.
2. Vrste sile trenja
Postoje dvije vrste sila trenja, i to sila statičkog trenja (f₁s ) i sila kinetičkog trenja (f₁k ) . Statička sila trenja djeluje kada se objekt ne pomiče, dok kinetička sila trenja djeluje kada se objekt pomiče. Ako gurnete stol, ali se stol nije pomicao, tada je sila trenja koja djeluje na stol koji miruje statička sila trenja. Suprotno tome, kada se stol pomiče, sila trenja koja djeluje na stol je kinetičko trenje. Ako se stol u pokretu ne gura stalno, stol će se zaustaviti nakon nekog vremena kretanja. Stol se zaustavlja zbog kinetičke sile trenja koja blokira kretanje stola.
Jeste li se ikada okliznuli kada ste stali na nešto glatko? Kada se okliznete, sila trenja koja djeluje između baze cipele ili dna sandale s glatkom površinom je kinetičko trenje. Ovaj problem je sličan kao kada se motocikl ili automobil kreće po mokroj i glatkoj površini ceste, kočeći dok točak ne proklizava. Kada točkovi proklizavaju, sila trenja koja djeluje na površinu točka i površinu ceste je kinetička sila trenja. Suprotno tome, kada hodate, sila trenja koja djeluje između baze cipele ili dna sandala s površinom poda je statička sila trenja. Slično tome, kada točkovi ne klize, sila trenja koja djeluje na površinu točka i cestu je statičko trenje.
2.1 Statička sila trenja
Statička sila trenja je sila trenja koja djeluje na površinu objekata koji se međusobno dodiruju kada se objekti još nisu pomaknuli.
Slika 1 prikazuje objekt koji se još uvijek nalazi na površini ravne ravni. Ako se objekt još nije pomaknuo, tada je sila statičkog trenja (fs) manja od sile vuče (F). Ako se nastavi vuče, objekt će se pomaknuti. Kada se desni objekt pomakne, veličina sile statičkog trenja (fs) jednaka je veličini sile vuče (F).
Newtonov prvi zakon kaže da objekti miruju ako je ukupna sila (rezultantna sila) jednaka nuli.
ΣF y = 0 (Objekt miruje i ne kreće se u vertikalnom smjeru)
S – š = 0
N = w (1.2)
Zamijenite N u jednačini 1.1 sa N u jednačini 1.2
f s = μ s w
f s = μ s mg (1.3)
fs = statičko trenje (N), μs = koeficijent statičkog trenja, N = normalna sila (N), w = gravitacija (N), m = masa (kg), g = ubrzanje gravitacije (m/ s² )
Ako želite odrediti koeficijent statičkog trenja, koristite jednačinu 1.1 b
Σf x = 0 (Objekt miruje i ne kreće se u horizontalnom smjeru)
F – fs = 0
F = fₙs ( 1.4)
Kada se objekt počne kretati, maksimalna statička sila trenja jednaka je veličini sile guranja ili povlačenja.
2.2 Kinetička sila trenja
Kinetička sila trenja je sila trenja koja djeluje na površinu objekata koji se međusobno dodiruju kada se objekt kreće.
Ako želite odrediti koeficijent kinetičkog trenja (μk ) , koristite jednačinu 1.5b
Slika 2 prikazuje objekt koji se ravnomjerno vuče tako da se objekt kreće konstantnom brzinom. Pri kretanju konstantnom brzinom, veličina kinetičke sile trenja (fk) jednaka je veličini sile vuče (F).
Newtonov prvi zakon kaže da se objekt kreće konstantnom brzinom ako je ukupna sila (rezultantna sila) nula.
ΣF x = 0 (objekti se kreću konstantnom brzinom u horizontalnom smjeru)
F – fk = 0
F = fk (1.6)
Primjer problema 1:
Učenik vuče gredu mase 1 kg koja se nalazi na površini stola pomoću dinamometra (uređaja za mjerenje sile). Kada se greda pomakne, dinamometar pokazuje broj 2 N. Ako je ubrzanje gravitacije = 10 m/s² , odredite (a) veličinu sile statičkog trenja (b) koeficijent statičkog trenja
rješenje:
Poznato : m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s² , w = mg = 10 N
(a) f s
Kada se greda kreće, veličina statičke sile trenja = veličina sile vuče (uporedite jednačinu 1.4). Dakle, f s = F = 2 N.
(b) μs
f s = μ s w
2 N = (μs ) (10 N)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
Primjer problema 2:
Greda mase 1 kg koja se nalazi iznad površine stola se ravnomjerno povlači tako da se greda kreće konstantnom brzinom. Kada se greda kreće konstantnom brzinom, dinamometar pokazuje broj 1 N. Ako je ubrzanje gravitacije = 10 m/s² , odredite (a) veličinu kinetičke sile trenja (b) koeficijent kinetičkog trenja
rješenje:
Poznato: m = 1 kg, g = 10 m/s² , F = 1 N, w = mg = 10 N
(a) f k
Kada se greda kreće pravilno ili konstantnom brzinom, veličina kinetičke sile trenja = veličina sile vuče (uporedite jednačinu 1.6).
Dakle, fk = F = 1N
(b) μk
fk = μkw
1 N = (μk ) (10 N)
μk = 1 N / 10 N = 0.1
