1. Trinties jėgos apibrėžimas
Trintis yra pasipriešinimas, veikiantis tarp vienas kitą besiliečiančių objektų paviršių. Šioje temoje nagrinėjama trinties jėga yra susijusi su trinties jėga, veikiančia tarp dviejų besiliečiančių kietų kūnų paviršių. Pavyzdžiui, trintis tarp sijos pagrindo ir grindų paviršiaus, trintis tarp batų pagrindo ir grindų paviršiaus, trintis tarp automobilio ratų ir kelio paviršiaus.
Trinties jėga visada veikia kietų objektų, kurie liečiasi vienas su kitu, paviršių, net jei objektai yra labai lygūs. Net lygūs paviršiai mikroskopiniu mastu yra labai šiurkštūs. Kai objektas juda, šie mikroskopiniai iškilimai trukdo judėjimui. Atominiame lygmenyje paviršiaus išsikišimas priverčia atomus būti labai arti kitų paviršių, todėl elektrinės jėgos tarp atomų gali sudaryti cheminius ryšius, kaip jungtį tarp dviejų judančio objekto paviršių. Kai objektas juda, pavyzdžiui, kai stumiate knygą į stalo paviršių, knygos judėjimas susiduria su kliūtimis ir galiausiai sustoja. Taip yra dėl jungties susidarymo ir išnykimo.
Jei objekto paviršius trinasi į kito objekto paviršių, kiekvienas iš šių objektų veikia trinties vienas kito dėka. Trinties jėga judančiam objektui visada yra priešinga objekto judėjimo krypčiai. Be objektų judėjimo slopinimo, trintis gali sukelti susidėvėjimą ir pažeidimus. Tai galime pastebėti transporto priemonės variklyje. Pavyzdžiui, kai tiekiame tepimo alyvą motociklo varikliui, iš tikrųjų norime sumažinti trinties jėgą, kuri atsiranda variklio viduje. Jei jam neduodama tepimo alyvos, mūsų transporto priemonės variklis greitai sugenda. Šis pavyzdys yra vienas iš nuostolių, kuriuos sukelia trintis.
2. Tipai trinties jėgos
Yra dviejų tipų trinties jėgos: statinė trinties jėga (fs ) ir kinetinė trinties jėga (fk ) . Statinė trinties jėga veikia, kai objektas nejuda, o kinetinė trinties jėga veikia, kai objektas juda. Jei stumiate stalą, bet jis nejuda, tada trinties jėga, veikianti nejudantį stalą, yra statinė trinties jėga. Ir atvirkščiai, kai stalas juda, trinties jėga, veikianti stalą, yra kinetinė trintis. Jei judantis stalas nėra nuolat stumiamas, jis po kurio laiko pajudės. Stalas sustoja dėl kinetinės trinties jėgos, kuri blokuoja stalo judėjimą.
Ar kada nors paslydote žengdami ant lygaus paviršiaus? Kai paslystate, trinties jėga, veikianti tarp bato pagrindo arba basučių pado su lygiu paviršiumi, yra kinetinė trintis. Ši problema panaši į tą, kai motociklas ar automobilis važiuoja šlapiu ir lygiu kelio paviršiumi ir stabdo, kol ratas pradeda slysti. Kai ratai slysta, trinties jėga, veikianti rato paviršių ir kelio paviršių, yra kinetinė trinties jėga. Ir atvirkščiai, kai vaikščiojate, trinties jėga, veikianti tarp bato pagrindo arba basučių pado ir grindų paviršiaus, yra statinė trinties jėga. Panašiai, kai ratai neslysta, trinties jėga, veikianti rato paviršių ir kelio paviršių, yra statinė trintis.
2.1 Statinė trinties jėga
Statinė trinties jėga yra trinties jėga, veikianti objektų, besiliečiančių vienas su kitu, paviršių, kai objektai dar nejuda.
1 paveiksle pavaizduotas objektas, kuris vis dar yra ant plokščio paviršiaus. Jei objektas dar nepajudėjo, statinė trinties jėga (fs) yra mažesnė už traukos jėgą (F). Jei objektas ir toliau traukiamas, jis pajudės. Kai pajudės dešinysis objektas, statinės trinties jėgos (fs) lygus traukimo jėgos (F) dydžiui.
Pirmasis Niutono dėsnis teigia, kad objektai nejuda, jei bendra jėga (rezultatinė jėga) lygi nuliui.
ΣF y = 0 (Objektas stovi ir nejuda vertikalia kryptimi)
N – w = 0
N = w (1.2)
1.1 lygtyje N pakeiskite N 1.2 lygtyje
fs = μsw
fs = μsmg ( 1.3)
fs = statinė trintis (N), μs = statinės trinties koeficientas, N = normali jėga (N), w = sunkio jėga (N), m = masė (kg), g = sunkio pagreitis (m/ s² )
Jei norite nustatyti statinės trinties koeficientą, naudokite 1.1 b lygtį.
Σf x = 0 (Objektas stovi ir nejuda horizontalia kryptimi)
F – fs = 0
F = fs ( 1.4)
Kai objektas pradeda judėti, maksimali statinė trinties jėga yra lygi stūmimo arba traukimo jėgos dydžiui.
2.2 Kinetinė trinties jėga
Kinetinė trinties jėga yra trinties jėga, veikianti objektų, kurie liečiasi vienas su kitu, paviršių, kai objektas juda.
Jei norite nustatyti kinetinės trinties koeficientą (μk ) , naudokite 1.5 b lygtį.
2 paveiksle pavaizduotas reguliarus traukiamasis objektas, judantis pastoviu greičiu. Judant pastoviu greičiu, kinetinės trinties jėgos (fk) dydis yra lygus traukos jėgos (F) dydžiui.
Pirmasis Niutono dėsnis teigia, kad objektas juda pastoviu greičiu, jei bendra jėga (rezultatinė jėga) lygi nuliui.
ΣF x = 0 (objektai juda pastoviu greičiu horizontalia kryptimi)
F – fk = 0
F = fk ( 1.6)
1 pavyzdžio uždavinys:
Studentas dinamometru (jėgos matavimo prietaisu) tempia ant stalo padėtą 1 kg masės siją. Kai sija pajuda, dinamometras rodo skaičių 2 N. Jei sunkio pagreitis = 10 m/s² , nustatykite (a) statinės trinties jėgos dydį (b) statinės trinties koeficientą.
Sprendimas:
Žinomas : m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s² , w = mg = 10 N
(a) fs
Kai sija juda, statinės trinties jėgos dydis = traukos jėgos dydis (palyginkite 1.4 lygtį). Taigi, fs = F = 2 N.
(b) μ s
fs = μsw
2 N = (μₙs ) (10ₙN)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
2 pavyzdžio uždavinys:
1 kg masės sija, esanti virš stalo paviršiaus, yra reguliariai traukiama taip, kad ji judėtų pastoviu greičiu. Kai sija juda pastoviu greičiu, dinamometras rodo skaičių 1 N. Jei sunkio pagreitis = 10 m/s² , nustatykite (a) kinetinės trinties jėgos dydį; (b) kinetinės trinties koeficientą.
Sprendimas:
Žinoma: m = 1 kg, g = 10 m/s² , F = 1 N, w = mg = 10 N
(a) f k
Kai sija juda tolygiai arba pastoviu greičiu, kinetinės trinties jėgos dydis = traukos jėgos dydis (palyginkite 1.6 lygtį).
Taigi f₀ₚk = F₀₀ = 1₀N
(b) μk
fk = μkw
1 N = (μk ) (10 N)
μ k = 1 N / 10 N = 0.1
