1. Definicija sile trenja
Trenje je otpor koji djeluje između površina predmeta koji se međusobno dodiruju. U ovoj temi, proučavana sila trenja povezana je sa silom trenja koja djeluje između dviju čvrstih površina tijela koje se dodiruju. Kao što je trenje između podnožja grede i površine poda, trenje između podnožja cipele i površine poda, trenje između kotača 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 atomskoj razini, izbočina na površini uzrokuje da atomi budu vrlo blizu drugim površinama, tako da električne sile između atoma mogu formirati kemijske veze, kao spoj između dviju površina 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 stvaranja i otpuštanja veze.
Ako površina jednog predmeta trlja o površinu drugog predmeta, svaki od tih predmeta djeluje na temelju međusobnog trenja. Sila trenja na predmetu u pokretu uvijek je u suprotnom smjeru od smjera kretanja predmeta. Osim što sprječava kretanje predmeta, 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 brzo se oštećuje. Ovaj primjer je jedan od gubitaka uzrokovanih trenjem.
2. Vrste sile trenja
Postoje dvije vrste sila trenja, naime sila statičkog trenja (fs ) i sila kinetičkog trenja (fk ) . 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 pomaknuo, 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 poskliznuli kada ste stali na nešto glatko? Kada se poskliznete, sila trenja koja djeluje između podnožja 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 kotač ne proklizava. Kada kotači proklizavaju, sila trenja koja djeluje na površinu kotača i površinu ceste je kinetička sila trenja. Suprotno tome, kada hodate, sila trenja koja djeluje između podnožja cipele ili dna sandala s površinom poda je statička sila trenja. Slično tome, kada kotači ne proklizavaju, sila trenja koja djeluje na površinu kotača i cestu je statičko trenje.
2.1 Statička sila trenja
Statička sila trenja je sila trenja koja djeluje na površinu tijela koja se međusobno dodiruju kada se tijela još nisu pomaknula.
Slika 1 prikazuje objekt koji se još uvijek nalazi na površini ravne ravnine. Ako se objekt još nije pomaknuo, tada je statička sila trenja (fs) manja od sile vuče (F). Ako se nastavi vuče, objekt će se pomaknuti. Kada se desni objekt pomakne, veličina statičke sile trenja (fs) jednaka je veličini sile vuče (F).
Newtonov prvi zakon kaže da su tijela u mirovanju 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 jednadžbi 1.1 s N u jednadžbi 1.2
fs = μsw
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, tada koristite jednadžbu 1.1 b
Σf x = 0 (Objekt miruje i ne kreće se u horizontalnom smjeru)
F – fs = 0
F = fs ( 1.4)
Kada se objekt počne kretati, maksimalna statička sila trenja jednaka je veličini sile guranja ili vučenja.
2.2 Kinetička sila trenja
Kinetička sila trenja je sila trenja koja djeluje na površinu tijela koja se međusobno dodiruju kada se tijelo kreće.
Ako želite odrediti koeficijent kinetičkog trenja (μk ) , koristite jednadžbu 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 tijelo giba 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 pomiče, veličina statičke sile trenja = veličina sile vuče (usporedi jednadžbu 1.4). Dakle, f s = F = 2 N.
(b) μs
fs = μsw
2 N = (μs² ) (10 N)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
Primjer problema 2:
Greda mase 1 kg koja se nalazi iznad površine stola ravnomjerno se 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 se kreće konstantnom brzinom, veličina kinetičke sile trenja = veličina sile vuče (usporedi jednadžbu 1.6).
Dakle, fk = F = 1N
(b) μk
fk = μkw
1 N = (μk ) (10 N)
μk = 1 N / 10 N = 0.1
