1. Дефиниција силе трења
Трење је отпор који делује између површина предмета који се додирују. У овој теми, сила трења која се проучава повезана је са силом трења која делује између две чврсте површине тела које се додирују. Као што су трење између основе греде и површине пода, трење између основе ципеле и површине пода, трење између точкова аутомобила и површине пута.
Сила трења увек делује на површину чврстих предмета који се додирују, чак и ако су предмети веома глатки. Чак су и глатке површине заправо веома храпаве на микроскопском нивоу. Када се предмет креће, ови микроскопски гребени ометају кретање. На атомском нивоу, избочина на површини узрокује да атоми буду веома близу других површина, тако да електричне силе између атома могу формирати хемијске везе, као спој између две површине предмета који се креће. Када се предмет креће, на пример када гурате књигу на површину стола, кретање књиге наилази на препреке и коначно се зауставља. То је због формирања и отпуштања везе.
Ако површина једног предмета трља о површину другог предмета, сваки од ових предмета делује на основу међусобног трења. Сила трења на покретном објекту је увек у супротном смеру од смера кретања објекта. Поред тога што спречава кретање предмета, трење може изазвати хабање и оштећења. То можемо видети на мотору возила. На пример, када дајемо уље за подмазивање мотору мотоцикла, заправо желимо да смањимо силу трења која се јавља унутар мотора. Ако се не да уље за подмазивање, мотор нашег возила се брзо оштећује. Овај пример је један од губитака узрокованих трењем.
2. Врсте силе трења
Постоје две врсте сила трења, наиме сила статичког трења (f₁s ) и сила кинетичког трења (f₁k ) . Статичка сила трења делује када се објекат не помера, док кинетичка сила трења делује када се објекат креће. Ако гурате сто, али се сто није померио, онда је сила трења која делује на сто који мирује статичка сила трења. Супротно томе, када се сто креће, сила трења која делује на сто је кинетичко трење. Ако се покретни сто не гура стално, сто ће се зауставити након неког времена кретања. Сто се зауставља због кинетичке силе трења која блокира кретање стола.
Да ли сте се икада оклизнули када сте стали на нешто глатко? Када се оклизнете, сила трења која делује између основе ципеле или дна сандале са глатком површином је кинетичко трење. Овај проблем је сличан проблему када се мотоцикл или аутомобил креће по мокрој и глаткој површини пута, кочећи док точак не проклиза. Када точкови проклизају, сила трења која делује на површину точка и површину пута је кинетичка сила трења. Насупрот томе, када ходате, сила трења која делује између основе ципеле или дна сандала са површином пода је статичка сила трења. Слично томе, када точкови не проклизају, сила трења која делује на површину точка и пут је статичко трење.
2.1 Статичка сила трења
Статичка сила трења је сила трења која делује на површину објеката који се додирују када се објекти још нису померили.
Слика 1 приказује објекат који се још увек налази на површини равне равни. Ако се објекат још није померио, онда је статичка сила трења (fs) мања од силе вуче (F). Ако се настави вуча, објекат ће се померити. Када се десни објекат помери, величина статичке силе трења (fs) једнака је величини вучне силе (F).
Њутнов први закон каже да су тела у стању мировања ако је укупна сила (резултантна сила) једнака нули.
ΣF y = 0 (Објекат мирује и не креће се у вертикалном смеру)
N – w = 0
N = w (1.2)
Замените N у једначини 1.1 са N у једначини 1.2
fs = μsw
f s = μ s mg (1.3)
fs = статичко трење (N), μs = коефицијент статичког трења, N = нормална сила (N), w = гравитација (N), m = маса (kg), g = убрзање гравитације (m/ s² )
Ако желите да одредите коефицијент статичког трења, онда користите једначину 1.1 б
Σf x = 0 (Објекат мирује и не креће се у хоризонталном смеру)
F – fs = 0
F = fₙs ( 1.4)
Када се објекат почне кретати, максимална статичка сила трења једнака је величини силе гурања или вуче.
2.2 Кинетичка сила трења
Кинетичка сила трења је сила трења која делује на површину објеката који се додирују када се објекат креће.
Ако желите да одредите коефицијент кинетичког трења (μk ) , користите једначину 1.5b
Слика 2 приказује објекат који се равномерно вуче тако да се објекат креће константном брзином. При кретању константном брзином, величина кинетичке силе трења (fk) једнака је величини силе вуче (F).
Њутнов први закон каже да се објекат креће константном брзином ако је укупна сила (резултантна сила) једнака нули.
ΣF x = 0 (објекти се крећу константном брзином у хоризонталном смеру)
F – fk = 0
F = fk (1.6)
Пример задатка 1:
Ученик вуче греду масе 1 kg која се налази на површини стола помоћу динамометра (уређаја за мерење силе). Када се греда помери, динамометар показује број 2 N. Ако је убрзање гравитације = 10 m/s² , одредите (а) величину силе статичког трења (б) коефицијент статичког трења
Решење:
Познато : m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s² , w = mg = 10 N
(а) ф с
Када се греда помера, величина силе статичког трења = величина силе вуче (упоредити једначину 1.4). Дакле, f s = F = 2 N.
(б) μs
fs = μsw
2 N = (μs² ) (10 N)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
Пример задатка 2:
Греда масе 1 kg која се налази изнад површине стола се равномерно вуче тако да се греда креће константном брзином. Када се греда креће константном брзином, динамометар показује број 1 N. Ако је убрзање гравитације = 10 m/s² , одредите (а) величину кинетичке силе трења (б) коефицијент кинетичког трења
Решење:
Познато: m = 1 kg, g = 10 m/s² , F = 1 N, w = mg = 10 N
(а) ф к
Када се греда креће равномерно или се креће константном брзином, величина кинетичке силе трења = величина силе вуче (упоредити једначину 1.6).
Дакле, fk = F = 1N
(б) μk
fk = μkw
1 N = (μk ) (10 N)
μk = 1 N / 10 N = 0.1
