1. Definícia trecej sily
Trenie je odpor, ktorý pôsobí medzi povrchmi predmetov, ktoré sa navzájom dotýkajú. V tejto téme sa študovaná trecia sila vzťahuje na treciu silu pôsobiacu medzi dvoma povrchmi pevných telies, ktoré sa dotýkajú. Napríklad trenie medzi základňou trámu a povrchom podlahy, trenie medzi základňou topánky a povrchom podlahy, trenie medzi kolesami auta a povrchom vozovky.
Trecia sila vždy pôsobí na povrch pevných predmetov, ktoré sa navzájom dotýkajú, aj keď sú predmety veľmi hladké. Aj hladké povrchy sú v mikroskopickom meradle v skutočnosti veľmi drsné. Keď sa predmet pohybuje, tieto mikroskopické hrebene rušia pohyb. Na atómovej úrovni spôsobuje výstupok na povrchu, že atómy sú veľmi blízko k iným povrchom, takže elektrické sily medzi atómami môžu vytvárať chemické väzby, ako spojenie medzi dvoma povrchmi pohybujúceho sa predmetu. Keď sa predmet pohybuje, napríklad keď zatlačíte knihu na povrch stola, pohyb knihy narazí na prekážky a nakoniec sa zastaví. Je to spôsobené vytvorením a uvoľnením väzby.
Ak sa povrch predmetu trie o povrch iného predmetu, každý z týchto predmetov pracuje na princípe trenia medzi sebou. Trecia sila na pohybujúcom sa predmete je vždy v opačnom smere, ako je smer pohybu predmetu. Okrem toho, že trenie bráni pohybu predmetov, môže spôsobiť opotrebovanie a poškodenie. Môžeme to pozorovať na motore vozidla. Napríklad, keď dodávame mazací olej do motora motocykla, v skutočnosti chceme znížiť treciu silu, ktorá vzniká vo vnútri motora. Ak sa mazací olej nedodá, motor nášho vozidla sa rýchlo poškodí. Tento príklad je jednou zo strát spôsobených trením.
2. Druhy trecie sily
Existujú dva typy trecích síl, a to sila statického trenia (f₁s ) a sila kinetického trenia (f₁k ) . Statická trecia sila pôsobí, keď sa objekt nepohybuje, zatiaľ čo kinetická trecia sila pôsobí, keď sa objekt pohybuje. Ak tlačíte stôl, ale stôl sa nepohol, potom trecia sila pôsobiaca na stôl, ktorý je v pokoji, je statická trecia sila. Naopak, keď sa stôl pohybuje, trecia sila pôsobiaca na stôl je kinetické trenie. Ak sa pohybujúci stôl netlačí stále, stôl sa po chvíli pohybu zastaví. Stôl sa zastaví v dôsledku kinetickej trecej sily, ktorá blokuje pohyb stola.
Už ste sa niekedy pošmykli pri šliapaní na niečo hladké? Keď sa pošmyknete, trecia sila, ktorá pôsobí medzi základňou topánky alebo spodnou časťou sandála s hladkým povrchom, je kinetické trenie. Tento problém je podobný, ako keď sa motocykel alebo auto pohybuje po mokrom a hladkom povrchu vozovky a brzdí, kým sa koleso nezačne šmýkať. Keď sa kolesá šmýkajú, trecia sila pôsobiaca na povrch kolesa a povrch vozovky je kinetická trecia sila. Naopak, keď kráčate, trecia sila, ktorá pôsobí medzi základňou topánky alebo spodnou časťou sandálov a povrchom podlahy, je statická trecia sila. Podobne, keď sa kolesá nekĺžu, trecia sila pôsobiaca na povrch kolesa a vozovku je statické trenie.
2.1 Statická trecia sila
Statická trecia sila je trecia sila pôsobiaca na povrch objektov, ktoré sa navzájom dotýkajú, keď sa objekty ešte nepohli.
Obrázok 1 znázorňuje objekt, ktorý sa stále nachádza na povrchu rovnej roviny. Ak sa objekt ešte nepohol, statická trecia sila (fs) je menšia ako ťažná sila (F). Ak sa objekt naďalej ťahá, bude sa pohybovať. Keď sa bude pohybovať pravý objekt, veľkosť statickej trecej sily (fs) sa rovná veľkosti ťažnej sily (F).
Newtonov prvý zákon hovorí, že objekty sú v pokoji, ak je celková sila (výsledná sila) nulová.
ΣF y = 0 (Objekt stojí a nepohybuje sa vo vertikálnom smere)
S – š = 0
N = w (1.2)
Nahraďte N v rovnici 1.1 za N v rovnici 1.2
fs = μsw
f s = μ s mg (1.3)
fs = statické trenie (N), μs = koeficient statického trenia, N = normálová sila (N), w = tiaž (N), m = hmotnosť (kg), g = gravitačné zrýchlenie (m/ s² )
Ak chcete určiť koeficient statického trenia, použite rovnicu 1.1 b
Σf x = 0 (Objekt stojí a nepohybuje sa v horizontálnom smere)
F – f₅ = 0
F = fₙs ( 1.4)
Keď sa objekt začne pohybovať, maximálna statická trecia sila sa rovná veľkosti tlačnej alebo ťažnej sily.
2.2 Kinetická trecia sila
Kinetická trecia sila je trecia sila pôsobiaca na povrch objektov, ktoré sa navzájom dotýkajú, keď sa objekt pohybuje.
Ak chcete určiť koeficient kinetického trenia (μk ) , použite rovnicu 1.5b
Obrázok 2 znázorňuje objekt, ktorý je pravidelne ťahaný tak, že sa objekt pohybuje konštantnou rýchlosťou. Pri pohybe konštantnou rýchlosťou sa veľkosť kinetickej trecej sily (fk) rovná veľkosti ťažnej sily (F).
Newtonov prvý zákon hovorí, že objekt sa pohybuje konštantnou rýchlosťou, ak je celková sila (výsledná sila) nulová.
ΣF x = 0 (objekty sa pohybujú konštantnou rýchlosťou v horizontálnom smere)
F – fk = 0
F = fk (1.6)
Ukážka úlohy 1:
Študent ťahá pomocou dynamometra (zariadenie na meranie sily) trám s hmotnosťou 1 kg, ktorý je umiestnený na povrchu stola. Keď sa trám pohne, dynamometer ukazuje číslo 2 N. Ak je gravitačné zrýchlenie = 10 m/s² , určte (a) veľkosť statickej trecej sily (b) koeficient statického trenia
Riešenie:
Známe : m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s² , w = mg = 10 N
(a) f s
Keď sa nosník bude pohybovať, veľkosť statickej trecej sily = veľkosť ťažnej sily (porovnaj rovnicu 1.4). Takže f s = F = 2 N.
(b) μs
fs = μsw
2 N = (μs² ) (10 N)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
Ukážka úlohy 2:
Nosník s hmotnosťou 1 kg umiestnený nad povrchom stola je pravidelne ťahaný tak, aby sa nosník pohyboval konštantnou rýchlosťou. Keď sa nosník pohybuje konštantnou rýchlosťou, dynamometer ukazuje číslo 1 N. Ak je gravitačné zrýchlenie = 10 m/s² , určte (a) veľkosť kinetickej trecej sily (b) koeficient kinetického trenia
Riešenie:
Známe: m = 1 kg, g = 10 m/s² , F = 1 N, w = mg = 10 N
(a) f k
Keď sa nosník pohybuje pravidelne alebo konštantnou rýchlosťou, veľkosť kinetickej trecej sily = veľkosť ťažnej sily (porovnaj rovnicu 1.6).
Takže fk = F = 1N
(b) μk
fk = μkw
1 N = (μk ) (10 N)
μk = 1 N / 10 N = 0.1
