1. Definicija sile trenja
Trenje je upor, ki deluje med površinama predmetov, ki se dotikajo. V tej temi se preučuje sila trenja, ki deluje med dvema površinama trdnih teles, ki se dotikata. Na primer trenje med podnožjem nosilca in površino tal, trenje med podnožjem čevlja in površino tal, trenje med kolesi avtomobila in površino cestišča.
Sila trenja vedno deluje na površini trdnih predmetov, ki se dotikajo drug drugega, čeprav so predmeti zelo gladki. Tudi gladke površine so v mikroskopskem merilu pravzaprav zelo hrapave. Ko se predmet premika, ti mikroskopski grebeni motijo gibanje. Na atomski ravni izboklina na površini povzroči, da so atomi zelo blizu drugih površin, tako da lahko električne sile med atomi tvorijo kemične vezi, kot zvezo med dvema površinama premikajočega se predmeta. Ko se predmet premika, na primer ko potisnete knjigo na površino mize, se gibanje knjige sreča z ovirami in se končno ustavi. To je posledica nastanka in sproščanja vezi.
Če se površina predmeta drgne ob površino drugega predmeta, vsak od teh predmetov deluje na podlagi trenja med seboj. Sila trenja na premikajočem se predmetu je vedno v nasprotni smeri od smeri gibanja predmeta. Poleg zaviranja gibanja predmetov lahko trenje povzroči obrabo in poškodbe. To lahko opazimo na motorju vozila. Na primer, ko motorju motornega kolesa dovajamo mazalno olje, želimo dejansko zmanjšati silo trenja, ki nastane v notranjosti motorja. Če mazalnega olja ne dobimo, se motor našega vozila hitro poškoduje. Ta primer je ena od izgub, ki jih povzroči trenje.
2. Vrste sile trenja
Obstajata dve vrsti sil trenja, in sicer sila statičnega trenja (fs) in sila kinetičnega trenja (fk). Statična sila trenja deluje, ko se predmet ne premakne, medtem ko kinetična sila trenja deluje, ko se predmet premika. Če potisnemo mizo, vendar se miza ne premakne, potem je sila trenja, ki deluje na mizo, ki miruje, statična sila trenja. Nasprotno, ko se miza premika, je sila trenja, ki deluje na mizo, kinetično trenje. Če premikajoče se mize ne potiskamo vedno, se bo miza po nekaj časa premikanja ustavila. Miza se ustavi zaradi kinetične sile trenja, ki blokira gibanje mize.
Ste kdaj zdrsnili, ko ste stopili na nekaj gladkega? Ko zdrsnete, je sila trenja, ki deluje med podnožjem čevlja ali podplatom sandale z gladko površino, kinetično trenje. Ta težava je podobna kot pri vožnji motornega kolesa ali avtomobila po mokri in gladki cestni površini ter zaviranju, dokler kolo ne zdrsne. Ko kolesa zdrsnejo, je sila trenja, ki deluje na površino kolesa in cestno površino, kinetična sila trenja. Nasprotno pa je pri hoji sila trenja, ki deluje med podnožjem čevlja ali podplatom sandale in talno površino, statična sila trenja. Podobno je, ko kolesa ne zdrsnejo, sila trenja, ki deluje na površino kolesa in cesto, statično trenje.
2.1 Statična sila trenja
Statična sila trenja je sila trenja, ki deluje na površino predmetov, ki se dotikajo drug drugega, ko se predmeti še niso premaknili.
Slika 1 prikazuje predmet, ki je še vedno na površini ravne ravnine. Če se predmet še ni premaknil, je statična sila trenja (fs) manjša od vlečne sile (F). Če se predmet še naprej vleče, se bo premaknil. Ko se bo desni predmet premaknil, se bo velikost statične sile trenja (fs) je enaka velikosti vlečne sile (F).
Newtonov prvi zakon pravi, da so telesa v mirovanju, če je skupna sila (rezultanta sile) enaka nič.
ΣFy = 0 (Predmet miruje in se ne premika v navpični smeri)
S – š = 0
N = w (1.2)
Zamenjajte N v enačbi 1.1 z N v enačbi 1.2
fs = μs w
fs = μs mg (1.3)
fs = statično trenje (N), μs = koeficient statičnega trenja, N = normalna sila (N), w = gravitacija (N), m = masa (kg), g = gravitacijski pospešek (m/s2)
Če želite določiti koeficient statičnega trenja, uporabite enačbo 1.1 b
Σfx = 0 (Predmet miruje in se ne premika v vodoravni smeri)
F – fs = 0
F = fs (1.4)
Ko se predmet začne premikati, je največja statična sila trenja enaka velikosti sile potiska ali vlečenja.
2.2 Kinetična sila trenja
Kinetična sila trenja je sila trenja, ki deluje na površino predmetov, ki se med gibanjem predmeta dotikajo drug drugega.
Če želite določiti koeficient kinetičnega trenja (μk), uporabite enačbo 1.5 b
Slika 2 prikazuje predmet, ki ga enakomerno vlečemo, tako da se predmet premika s konstantno hitrostjo. Pri premikanju s konstantno hitrostjo je velikost kinetične sile trenja (fk) enaka velikosti vlečne sile (F).
Newtonov prvi zakon pravi, da se objekt giblje s konstantno hitrostjo, če je skupna sila (rezultanta sile) nič.
ΣFx = 0 (predmeti se premikajo s konstantno hitrostjo v vodoravni smeri)
F – fk = 0
F = fk (1.6)
Vzorec problema 1:
Učenec s pomočjo dinamometra (naprave za merjenje sile) vleče tram z maso 1 kg, ki se nahaja na površini mize. Ko se tram premakne, dinamometer pokaže številko 2 N. Če je gravitacijski pospešek = 10 m/s2, določite (a) velikost sile statičnega trenja (b) koeficient statičnega trenja
rešitev:
Znano: m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s2, w = mg = 10 N
(a) fs
Ko se nosilec premika, je velikost statične sile trenja = velikosti vlečne sile (primerjaj enačbo 1.4). Torej, fs = F = 2 N.
(b) μs
fs = μs w
2 N = (μs)(10 N)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
Vzorec problema 2:
Tram z maso 1 kg, ki se nahaja nad površino mize, se enakomerno vleče, tako da se tram premika s konstantno hitrostjo. Ko se tram premika s konstantno hitrostjo, dinamometer kaže število 1 N. Če je gravitacijski pospešek = 10 m/s2, določite (a) velikost sile kinetične trenja (b) koeficient kinetičnega trenja
rešitev:
znano: m = 1 kg, g = 10 m/s2, F = 1 N, w = mg = 10 N
(a) fk
Ko se žarek premika enakomerno ali s konstantno hitrostjo, je velikost kinetične sile trenja = velikosti vlečne sile (primerjaj enačbo 1.6).
Torej fk = F = 1 N
(b) μk
fk = μk w
1 N = (μk)(10 N)
μk = 1 N / 10 N = 0.1
