Trenie je fenomén, s ktorým sa stretávame v každodennom živote neustále. Nie je možné určiť, či je trenie škodlivé alebo prospešné. Urobiť čo i len krok na klzkom ľade sa zdá byť náročná úloha, chôdza po drsnom asfaltovom povrchu je potešením. Autodiely bez mazania sa oveľa rýchlejšie opotrebúvajú.
Štúdium trenia, znalosť jeho základných vlastností umožňuje človeku ho používať.
Sila trenia vo fyzike
Sila vznikajúca pri pohybe alebo pokuse o pohyb jedného telesa na povrchu druhého, nasmerovaného proti smeru pohybu, pôsobiaca na pohybujúce sa telesá, sa nazýva sila trenia. Modul trecej sily, ktorého vzorec závisí od mnohých parametrov, sa mení v závislosti od typu odporu.
Rozlišujú sa tieto typy trenia:
šmyk;
valcovanie.
Akýkoľvek pokus posunúť ťažký predmet (skrinku, kameň) z jeho miesta vedie k napätiu.Zároveň nie je vždy možné predmet uviesť do pohybu. Zasahuje do odpočinku.
Kľudový stav
Vypočítané statické trenie neumožňuje určiť ho dostatočne presne. Na základe pôsobenia tretieho Newtonovho zákona závisí veľkosť statickej odporovej sily od použitej sily.
So zvyšujúcou sa silou sa zvyšuje aj trecia sila.
0 < F тр.покоя < F max
Nedovoľuje, aby klince zapichnuté do stromu vypadli; gombíky obšité niťou pevne držia na svojom mieste. Zaujímavé je, že práve odpor odpočinku umožňuje človeku chodiť. Navyše je nasmerovaný v smere ľudského pohybu, čo je v rozpore so všeobecným stavom vecí.
fenomén sklzu
S nárastom vonkajšej sily, ktorá pohybuje telesom, na hodnotu najväčšej statickej trecej sily, sa začne pohybovať. Sila klzného trenia sa zvažuje v procese kĺzania jedného telesa po povrchu druhého. Jeho hodnota závisí od vlastností interagujúcich plôch a sily vertikálneho pôsobenia na plochu.
Výpočtový vzorec pre silu klzného trenia: F=μР, kde μ je koeficient úmernosti (klzné trenie), Р je vertikálna (normálna) tlaková sila.
Jednou zo síl ovládajúcich pohyb je sila klzného trenia, ktorej vzorec je napísaný pomocou reakčnej sily podpery. V dôsledku splnenia tretieho Newtonovho zákona sú sily normálneho tlaku a reakcia podpery rovnaké vo veľkosti a v opačnom smere: P \u003d N.
Pred zistením trecej sily, ktorej vzorec nadobúda iný tvar (F=μ N), sa určí reakčná sila.
Koeficient šmykového odporu sa zavádza experimentálne pre dve trecie plochy a závisí od kvality ich spracovania a materiálu.
Tabuľka. Hodnota koeficientu odporu vzduchu pre rôzne povrchy
| č pp | Interakčné povrchy | Hodnota súčiniteľa klzného trenia |
Oceľ + ľad | ||
Koža + liatina | ||
bronz+železo | ||
Bronz + liatina | ||
Oceľ+oceľ |
Najväčšiu silu statického trenia, ktorej vzorec bol napísaný vyššie, možno určiť rovnakým spôsobom ako silu klzného trenia.
Toto sa stáva dôležitým pri riešení problémov na určenie sily jazdného odporu. Napríklad kniha, ktorá sa pohybuje rukou stlačenou zhora, kĺže pôsobením pokojovej odporovej sily, ktorá vzniká medzi rukou a knihou. Veľkosť odporu závisí od hodnoty vertikálnej tlakovej sily na knihu.
rolovací jav
Prechod našich predkov z ťahačov na bojové vozy sa považuje za revolučný. Vynález kolesa je najväčším vynálezom ľudstva. ku ktorému dochádza, keď sa koleso pohybuje po povrchu, je výrazne menšie ako klzný odpor.
Výskyt je spojený so silami normálneho tlaku kolesa na povrchu, má povahu, ktorá ho odlišuje od kĺzania. V dôsledku miernej deformácie kolesa vznikajú v strede vytvarovanej plošiny a pozdĺž jej okrajov tlakové sily rôznej veľkosti. Tento rozdiel síl určuje výskyt valivého odporu.
Výpočtový vzorec pre silu valivého trenia sa zvyčajne používa podobne ako pri klznom procese. Rozdiel je viditeľný iba v hodnotách koeficientu odporu vzduchu.
Povaha odporu
Pri zmene drsnosti trecích plôch sa mení aj hodnota trecej sily. Pri veľkom zväčšení vyzerajú dva povrchy v kontakte ako hrbolčeky s ostrými vrcholmi. Pri prekrývaní sú to vyčnievajúce časti tela, ktoré sú vo vzájomnom kontakte. Celková plocha kontaktu je zanedbateľná. Pri pohybe alebo pokuse o pohyb tela vytvárajú „vrcholy“ odpor. Veľkosť trecej sily nezávisí od plochy kontaktných plôch.
Zdá sa, že dva ideálne hladké povrchy by nemali mať absolútne žiadny odpor. V praxi je trecia sila v tomto prípade maximálna. Tento rozpor sa vysvetľuje povahou pôvodu síl. Ide o elektromagnetické sily pôsobiace medzi atómami interagujúcich telies.
Mechanické procesy, ktoré nie sú v prírode sprevádzané trením, sú nemožné, pretože neexistuje spôsob, ako „vypnúť“ elektrickú interakciu nabitých telies. Nezávislosť odporových síl od vzájomnej polohy telies nám umožňuje nazvať ich nepotencionálne.
Je zaujímavé, že trecia sila, ktorej vzorec sa mení v závislosti od rýchlosti interagujúcich telies, je úmerná druhej mocnine zodpovedajúcej rýchlosti. Táto sila sa vzťahuje na silu viskózneho odporu v kvapaline.
Pohyb v kvapaline a plyne
Pohyb pevného telesa v kvapaline alebo plyne, kvapaline v blízkosti pevného povrchu je sprevádzaný viskóznym odporom. Jeho výskyt je spojený s interakciou vrstiev tekutiny unášaných pevným telesom v procese pohybu. Rôzne rýchlosti vrstiev sú zdrojom viskózneho trenia. Zvláštnosťou tohto javu je absencia tekutého statického trenia. Bez ohľadu na veľkosť vonkajšieho vplyvu sa telo v tekutine začne pohybovať.
V závislosti od rýchlosti pohybu je odporová sila určená rýchlosťou pohybu, tvarom pohybujúceho sa telesa a viskozitou kvapaliny. Pohyb vo vode a oleji toho istého telesa je sprevádzaný odporom rôznej veľkosti.
Pre nízke rýchlosti: F = kv, kde k je súčiniteľ úmernosti v závislosti od lineárnych rozmerov telesa a vlastností média, v je rýchlosť telesa.
Teplota tekutiny ovplyvňuje aj trenie v nej. V mrazivom počasí sa auto zahrieva tak, aby sa olej zohrial (jeho viskozita klesá) a pomáha znižovať deštrukciu častí motora, ktoré sú v kontakte.
Zvýšenie rýchlosti pohybu
Výrazné zvýšenie rýchlosti tela môže spôsobiť výskyt turbulentných tokov, zatiaľ čo odpor sa prudko zvyšuje. Dôležité je: druhá mocnina rýchlosti pohybu, hustoty média a trecej sily nadobúdajú inú podobu:
F \u003d kv 2, kde k je faktor proporcionality v závislosti od tvaru tela a vlastností média, v je rýchlosť tela.
Ak telo dostane aerodynamický tvar, turbulencie sa môžu znížiť. Tvar tela delfínov a veľrýb je dokonalým príkladom prírodných zákonov, ktoré ovplyvňujú rýchlosť zvierat.
Energetický prístup
Prácu pohybu tela bráni odpor prostredia. Pri použití zákona zachovania energie hovoríme, že zmena mechanickej energie sa rovná práci trecích síl.
Práca sily sa vypočíta podľa vzorca: A = Fscosα, kde F je sila, pri ktorej sa teleso pohne o vzdialenosť s, α je uhol medzi smermi sily a posunutia.
Je zrejmé, že odporová sila je opačná k pohybu telesa, takže cosα = -1. Práca trecej sily, ktorej vzorec je A tr \u003d - Fs, je záporná hodnota. V tomto prípade sa zmení na vnútornú (deformácia, zahrievanie).
Sila trenia je veľkosť, s ktorou dva povrchy interagujú pri pohybe. Závisí to od vlastností tiel, smeru pohybu. V dôsledku trenia sa rýchlosť tela znižuje a čoskoro sa zastaví.
Trecia sila je smerovaná veličina, nezávislá od plochy podpery a predmetu, pretože s pohybom a zväčšením plochy sa reakčná sila podpery zvyšuje. Táto hodnota sa podieľa na výpočte trecej sily. Výsledkom je, že Ftr \u003d N * m. Tu N je reakcia podpory a m je koeficient, ktorý je konštantná hodnota, pokiaľ nie sú potrebné veľmi presné výpočty. Pomocou tohto vzorca môžete vypočítať klznú treciu silu, ktorá by sa mala určite brať do úvahy pri riešení problémov súvisiacich s pohybom. Ak sa teleso otáča na povrchu, potom musí byť do vzorca zahrnutá valivá sila. Potom môžeme trenie zistiť podľa vzorca Froll = f*N/r. Podľa vzorca, keď sa teleso otáča, záleží na jeho polomere. Hodnota f je koeficient, ktorý možno nájsť, ak vieme, z akého materiálu je telo a povrch vyrobený. Toto je koeficient, ktorý je v tabuľke.Existujú tri sily trenia:
- odpočinok;
- šmyk;
- valcovanie.
Keď poznáte fyzikálne vlastnosti telies a sprievodné sily pôsobiace na objekt, môžete ľahko vypočítať treciu silu.
Sila trenia v pozemských podmienkach sprevádza akýkoľvek pohyb telies. Vyskytuje sa pri kontakte dvoch telies, ak sa tieto telesá navzájom pohybujú. Trecia sila smeruje vždy po styčnej ploche, na rozdiel od elastickej sily, ktorá smeruje kolmo (obr. 1, obr. 2).
Ryža. 1. Rozdiel medzi smermi trecej sily a pružnej sily
Ryža. 2. Plocha pôsobí na lištu a lišta pôsobí na plochu
Existujú suché a nevysušené typy trenia. Suchý typ trenia nastáva pri kontakte pevných látok.
Uvažujme tyč ležiacu na vodorovnej ploche (obr. 3). Ovplyvňuje ho gravitačná sila a reakčná sila podpery. Pôsobme na tyč malou silou , smerované pozdĺž povrchu. Ak sa tyč nepohybuje, potom je aplikovaná sila vyvážená inou silou, ktorá sa nazýva statická trecia sila.
Ryža. 3. Sila statického trenia
Statická trecia sila () opačným smerom a rovnakou veľkosťou ako sila, ktorá má tendenciu pohybovať telesom rovnobežne s povrchom jeho kontaktu s iným telesom.
So zvýšením „strižnej“ sily zostáva tyč v pokoji, preto sa zvyšuje aj statická trecia sila. S nejakou, dostatočne veľkou silou, sa tyč začne pohybovať. To znamená, že statická trecia sila sa nemôže zvyšovať do nekonečna - existuje horná hranica, nad ktorú nemôže byť. Hodnota tohto limitu je maximálna statická trecia sila.
Pôsobíme na tyči pomocou dynamometra.
Ryža. 4. Meranie trecej sily dynamometrom
Ak naň dynamometer pôsobí silou, potom je možné vidieť, že maximálna statická trecia sila sa zväčšuje s nárastom hmotnosti tyče, to znamená so zvýšením gravitačnej sily a reakčnej sily tyče. podpora. Ak sa vykonajú presné merania, ukážu, že maximálna statická trecia sila je priamo úmerná reakčnej sile podpery:
kde je modul maximálnej statickej trecej sily; N– sila reakcie podpory (normálny tlak); - koeficient statického trenia (proporcionalita). Preto je maximálna statická trecia sila priamo úmerná sile normálneho tlaku.
Ak vykonáme experiment s dynamometrom a tyčou konštantnej hmotnosti, pričom tyč otáčame na rôzne strany (zmena oblasti kontaktu so stolom), môžeme vidieť, že maximálna statická trecia sila sa nemení ( Obr. 5). Preto maximálna statická trecia sila nezávisí od kontaktnej plochy.
Ryža. 5. Maximálna hodnota statickej trecej sily nezávisí od kontaktnej plochy
Presnejšie štúdie ukazujú, že statické trenie je úplne určené silou pôsobiacou na telo a vzorec.
Statická trecia sila nie vždy bráni telesu v pohybe. Napríklad statická trecia sila pôsobí na podrážku topánky, pričom udeľuje zrýchlenie a umožňuje vám chodiť po zemi bez pošmyknutia (obr. 6).
Ryža. 6. Sila statického trenia pôsobiaca na podrážku topánky
Ďalší príklad: statická trecia sila pôsobiaca na koleso auta umožňuje rozbehnúť sa bez pošmyknutia (obr. 7).
Ryža. 7. Statická trecia sila pôsobiaca na koleso automobilu
Pri remeňových pohonoch pôsobí aj statická trecia sila (obr. 8).
Ryža. 8. Sila statického trenia v remeňových pohonoch
Ak sa teleso pohybuje, potom trecia sila pôsobiaca naň zo strany povrchu nezmizne, tento typ trenia sa nazýva klzné trenie. Merania ukazujú, že sila klzného trenia je prakticky rovnaká ako maximálna sila statického trenia (obr. 9).
Ryža. 9. Sila klzného trenia
Sila kĺzavého trenia je vždy nasmerovaná proti rýchlosti tela, to znamená, že bráni pohybu. V dôsledku toho, keď sa teleso pohybuje iba pôsobením trecej sily, udeľuje mu negatívne zrýchlenie, to znamená, že rýchlosť telesa neustále klesá.
Veľkosť klznej trecej sily je tiež úmerná sile normálneho tlaku.
kde je modul sily klzného trenia; N– sila reakcie podpory (normálny tlak); – koeficient klzného trenia (proporcionalita).
Obrázok 10 znázorňuje graf závislosti trecej sily od aplikovanej sily. Zobrazuje dve rôzne oblasti. Prvý úsek, v ktorom sa trecia sila zvyšuje so zvyšujúcou sa aplikovanou silou, zodpovedá statickému treniu. Druhý úsek, kde trecia sila nezávisí od vonkajšej sily, zodpovedá klznému treniu.
Ryža. 10. Graf závislosti trecej sily od pôsobiacej sily
Koeficient klzného trenia sa približne rovná koeficientu statického trenia. Koeficient klzného trenia je zvyčajne menší ako jedna. To znamená, že klzná trecia sila je menšia ako normálna tlaková sila.
Koeficient klzného trenia je charakteristický pre trenie dvoch telies o seba, závisí od toho, z akých materiálov sú telesá vyrobené a ako dobre sú opracované povrchy (hladké alebo drsné).
Vznik statických a klzných trecích síl je daný tým, že akýkoľvek povrch na mikroskopickej úrovni nie je rovný, na akomkoľvek povrchu sú vždy mikroskopické nehomogenity (obr. 11).
Ryža. 11. Povrchy telies na mikroskopickej úrovni
Keď sú dve telesá, ktoré sú v kontakte, vystavené pokusu o vzájomný pohyb, tieto nehomogenity sú zachytené a bránia tomuto pohybu. Pri malom množstve vynaloženej sily stačí tento záber na zabránenie pohybu telies, takže vzniká statické trenie. Keď vonkajšia sila prekročí maximálne statické trenie, potom záber drsnosti nestačí na udržanie telies a začnú sa vzájomne posúvať, pričom medzi telesami pôsobí klzná trecia sila.
K tomuto typu trenia dochádza, keď sa telesá prevaľujú cez seba alebo keď sa jedno teleso prevaľuje po povrchu druhého. Valivé trenie, podobne ako klzné trenie, dodáva telu negatívne zrýchlenie.
Vznik valivej trecej sily je spôsobený deformáciou valivého telesa a nosnej plochy. Takže koleso umiestnené na vodorovnom povrchu ho deformuje. Pri pohybe kolesa sa deformácie nestihnú spamätať, koleso tak musí neustále stúpať do malého kopca, čo spôsobuje moment síl, ktorý spomalí odvaľovanie.
Ryža. 12. Vznik valivej trecej sily
Veľkosť valivej trecej sily je spravidla mnohonásobne menšia ako klzná trecia sila, pričom všetky ostatné veci sú rovnaké. Vďaka tomu je valcovanie bežným typom pohybu v strojárstve.
Keď sa pevné teleso pohybuje v kvapaline alebo plyne, pôsobí naň odporová sila zo strany média. Táto sila smeruje proti rýchlosti tela a spomaľuje pohyb (obr. 13).
Hlavnou črtou odporovej sily je, že sa vyskytuje iba v prítomnosti relatívneho pohybu tela a jeho prostredia. To znamená, že statická trecia sila v kvapalinách a plynoch neexistuje. To vedie k tomu, že človek môže pohybovať aj ťažkým člnom, ktorý je na vode.
Ryža. 13. Odporová sila pôsobiaca na teleso pri pohybe v kvapaline alebo plyne
Modul sily odporu závisí od:
Od veľkosti tela a jeho geometrického tvaru (obr. 14);
Podmienky povrchu tela (obr. 15);
Vlastnosti kvapaliny alebo plynu (obr. 16);
Relatívna rýchlosť telesa a jeho prostredia (obr. 17).
Ryža. 14. Závislosti modulu odporovej sily od geometrického tvaru
Ryža. 15. Závislosti modulu sily odporu od stavu povrchu tela
Ryža. 16. Závislosti modulu sily odporu od vlastností kvapaliny alebo plynu
Ryža. 17. Závislosti modulu sily odporu od relatívnej rýchlosti telesa a jeho prostredia
Na obrázku 18 je znázornený graf závislosti odporovej sily od rýchlosti telesa. Pri relatívnej rýchlosti rovnej nule odporová sila nepôsobí na teleso. So zvyšovaním relatívnej rýchlosti odporová sila najprv rastie pomaly a potom sa zvyšuje rýchlosť rastu.
Ryža. 18. Graf závislosti odporovej sily od rýchlosti telesa
Pri nízkych hodnotách relatívnej rýchlosti je odporová sila priamo úmerná hodnote tejto rýchlosti:
kde je hodnota relatívnej rýchlosti; - koeficient odporu, ktorý závisí od druhu viskózneho média, tvaru a veľkosti telesa.
Ak je relatívna rýchlosť dostatočne veľká, potom sa odporová sila stane úmernou druhej mocnine tejto rýchlosti.
kde je hodnota relatívnej rýchlosti; je koeficient odporu vzduchu.
Výber vzorca pre každý konkrétny prípad je určený empiricky.
Teleso s hmotnosťou 600 g sa rovnomerne pohybuje po vodorovnej ploche (obr. 19). V tomto prípade naň pôsobí sila, ktorej hodnota je 1,2 N. Určte hodnotu súčiniteľa trenia medzi telesom a povrchom.
Cieľ: Upevniť získané poznatky o trení a druhoch trenia.
Pracovný postup:
1.
Preštudujte si teoretickú časť
2.
Kompletná tabuľka 1.
3.
Vyriešte problém podľa možnosti z tabuľky 2.
4.
Odpovedzte na bezpečnostné otázky.
stôl 1
tabuľka 2
|
Korčuliar jazdí po hladkej vodorovnej ľadovej ploche so zotrvačnosťou 80 m. Určte treciu silu a počiatočnú rýchlosť, ak hmotnosť korčuliara je 60 kg a koeficient trenia je 0,015 |
|
|
Teleso s hmotnosťou 4,9 kg leží na vodorovnej rovine. Aká sila musí pôsobiť na teleso v horizontálnom smere, aby mu udelilo zrýchlenie 0,5 m/s 2 s koeficientom trenia 0,1? |
|
|
Drevený blok o hmotnosti 500 g spočíva na vodorovnom stole, ktorý sa uvádza do pohybu závažím 300 g zaveseným na zvislom konci nite prehodenej cez blok upevnený na konci stola. Koeficient trenia pri pohybe tyče je 0,2. S akým zrýchlením sa bude blok pohybovať? |
Trecia sila je sila, ktorá vzniká medzi povrchmi kontaktujúcich telies. Ak medzi povrchmi nie je žiadne mazanie, potom sa trenie nazýva suché. Sila suchého trenia je priamo úmerná sile pritláčajúcej povrchy k sebe a smeruje v smere opačnom k možnému pohybu. Koeficient proporcionality sa nazýva koeficient trenia. Prítlačná sila je kolmá na povrch. Nazýva sa to normálna podporná reakcia.
Zákony trenia v kvapalinách a plynoch sa líšia od zákonov suchého trenia. Trenie v kvapaline a plyne závisí od rýchlosti pohybu: pri nízkych rýchlostiach je úmerné štvorcu a pri vysokých rýchlostiach je úmerné tretej mocnine rýchlosti.
Vzorce riešenia:
Kde "k" je koeficient trenia, "N" je normálna reakcia podpery.
Druhý Newtonov zákon a pohybové rovnice vo vektorovej forme. F=ma
Podľa tretieho Newtonovho zákona N = - mg
výraz pre rýchlosť
Pohybové rovnice pre rovnomerne zrýchlený kinematický pohyb
; 0 - V = a t kde 0 je konečná rýchlosť V je počiatočná rýchlosť
Algoritmus na riešenie typického problému:
1. Stručne zapíšte stav problému.
2. Stav znázorníme graficky v ľubovoľnej referenčnej sústave s vyznačením síl pôsobiacich na teleso (bod), vrátane normálnej reakcie podpery a trecej sily, rýchlosti a zrýchlenia telesa.
3. Vzťažný systém na obrázku opravíme a označíme zavedením počiatku času a určením súradnicových osí pre sily a zrýchlenie. Je lepšie nasmerovať jednu z osí pozdĺž normálnej reakcie podpory a začať počítať čas v okamihu, keď je telo (bod) na nulovej súradnici.
4. Vo vektorovej forme napíšeme druhý Newtonov zákon a pohybové rovnice. Pohybové a rýchlostné rovnice sú závislosti posunu (dráhy) a rýchlosti od času.
5. Rovnaké rovnice zapisujeme v skalárnom tvare: v projekciách na súradnicové osi. Zapíšeme výraz pre treciu silu.
6. Rovnice riešime vo všeobecnom tvare.
7. Nahraďte hodnoty vo všeobecnom riešení, vypočítajte.
8. Zapíšte si odpoveď.
Teoretická časť
Trenie je odpor telies v kontakte voči vzájomnému pohybu. Trenie sprevádza každý mechanický pohyb a táto okolnosť má zásadný dôsledok v modernom technickom pokroku.
Sila trenia je sila odporu voči pohybu telies vo vzájomnom kontakte.Trenie sa vysvetľuje dvoma dôvodmi: drsnosťou trecích plôch telies a molekulárnou interakciou medzi nimi. Ak prekročíme hranice mechaniky, tak treba povedať, že sily trenia sú elektromagnetického pôvodu, rovnako ako sily pružnosti. Každá z vyššie uvedených dvoch príčin trenia sa v rôznych prípadoch prejavuje v inej miere. Napríklad, ak majú kontaktné povrchy pevných trecích telies výrazné nepravidelnosti, potom hlavný člen trecej sily, ktorá tu vzniká, bude spôsobený práve touto okolnosťou, t.j. nerovnosť, drsnosť povrchov trecích telies.Telesá pohybujúce sa trením voči sebe sa musia dotýkať povrchov alebo sa pohybovať jedno v prostredí druhého. Vzájomný pohyb telies nemusí nastať v dôsledku prítomnosti trenia, ak je hnacia sila menšia ako maximálna statická trecia sila. Ak sú kontaktné povrchy pevných trecích telies dokonale vyleštené a hladké, potom hlavný člen trecej sily vznikajúcej v tomto prípade bude určený molekulárnou adhéziou medzi trecími povrchmi telies.
Pozrime sa podrobnejšie na proces vzniku klzných a pokojových trecích síl na križovatke dvoch kontaktujúcich telies. Ak sa pozriete na povrchy telies pod mikroskopom, uvidíte mikronerovnosti, ktoré znázorníme vo zväčšenej forme (obr. 1, a) Uvažujme interakciu kontaktujúcich telies na príklade jednej dvojice nepravidelností ( hrebeň a žľab) (obr. 3, b). V prípade, že sa nesnaží vyvolať pohyb žiadna sila, je charakter interakcie na oboch svahoch mikrodrsností podobný. Pri tejto povahe interakcie sa všetky horizontálne zložky sily interakcie navzájom vyrovnávajú a všetky vertikálne zložky sa sčítajú a tvoria silu N (reakcia podpory) (obr. 2, a).
Iný obraz o interakcii telies sa získa, keď na jedno z telies začne pôsobiť sila. V tomto prípade budú kontaktné body prevažne na „svahoch“ vľavo na obrázku. Prvé telo bude vyvíjať tlak na druhé. Intenzitu tohto tlaku charakterizuje sila R. Druhé teleso v súlade s tretím Newtonovým zákonom bude pôsobiť na prvé teleso. Intenzitu tohto pôsobenia charakterizuje sila R (podporná reakcia).Sila R
možno rozložiť na zložky: sila N, smerujúca kolmo na kontaktnú plochu telies a sila Fsc, smerujúca proti pôsobeniu sily F (obr. 2, b).
Po zvážení interakcie telies treba poznamenať dva body.
1) Pri spolupôsobení dvoch telies v súlade s tretím Newtonovým zákonom vznikajú dve sily R a R", pre uľahčenie zohľadnenia pri riešení úloh silu R rozložíme na zložky N a Fsc (Ftr v prípad pohybu).
2) Sily N a F Tp sú rovnakej povahy (elektromagnetická interakcia); nemohlo to byť inak, keďže ide o zložky tej istej sily R.
V modernej technike má veľký význam nahradenie klzného trenia valivým trením, aby sa znížili škodlivé účinky trecích síl. Valivá trecia sila je definovaná ako sila potrebná na rovnomerné priamočiare odvaľovanie telesa v horizontálnej rovine. Na základe skúseností sa zistilo, že valivá trecia sila sa vypočíta podľa vzorca:
kde F je valivá trecia sila; k je koeficient valivého trenia; P je tlaková sila valivého telesa na podperu a R je polomer valivého telesa.
Z praxe je zrejmé, zo vzorca je zrejmé, že čím väčší je polomer valivého telesa, tým menšiu prekážku mu robí nerovnosť opornej plochy.
Všimnite si, že koeficient valivého trenia, na rozdiel od koeficientu klzného trenia, je pomenovaná hodnota a je vyjadrená v jednotkách dĺžky - metroch.
Klzné trenie sa nahrádza valivým trením v nevyhnutných a možných prípadoch výmenou klzných ložísk za valivé.
Existuje vonkajšie a vnútorné trenie (inak nazývané viskozita). Tento druh trenia sa nazýva vonkajšie, pri ktorom v miestach dotyku pevných telies vznikajú sily, ktoré bránia vzájomnému pohybu telies a smerujú tangenciálne k ich povrchom.
Vnútorné trenie (viskozita) je druh trenia, ktorý spočíva v tom, že so vzájomným posunom. Vrstvy kvapaliny alebo plynu medzi nimi sú tangenciálne sily, ktoré bránia takémuto pohybu.
Vonkajšie trenie sa delí na pokojové trenie (statické trenie) a kinematické trenie. Trenie pokoja vzniká medzi pevnými pevnými telesami, keď sa ktorékoľvek z nich pokúša pohnúť. Kinematické trenie existuje medzi navzájom sa dotýkajúcimi pohyblivými tuhými telesami. Kinematické trenie sa zasa delí na klzné trenie a valivé trenie.
Trecie sily zohrávajú v živote človeka dôležitú úlohu. V niektorých prípadoch ich používa a v iných s nimi bojuje. Trecie sily majú elektromagnetickú povahu.
Druhy trecích síl.
Trecie sily majú elektromagnetickú povahu, t.j. trecie sily sú založené na elektrických silách interakcie molekúl. Závisia od rýchlosti pohybu telies voči sebe navzájom.
Existujú 2 typy trenia: suché a tekuté.
1. Kvapalné trenie je sila, ktorá vzniká, keď sa pevné teleso pohybuje v kvapaline alebo plyne, alebo keď sa jedna vrstva kvapaliny (plynu) pohybuje voči druhej a tento pohyb spomaľuje.
V kvapalinách a plynoch neexistuje žiadna statická trecia sila.
Pri nízkych rýchlostiach v kvapaline (plyne):
Ftr= k1v,
kde k1 je koeficient odporu vzduchu v závislosti od tvaru, veľkosti karosérie a od svetla v médiu. Určené skúsenosťami.
Pri vysokých rýchlostiach:
Ftr= k2v,
kde k2 je koeficient odporu vzduchu.
2. Suché trenie je sila vznikajúca pri priamom kontakte telies a je vždy nasmerovaná pozdĺž kontaktných plôch elektromagnetických telies práve prerušovaním molekulárnych väzieb.
Trenie odpočinku.
Zvážte interakciu tyče s povrchom stola Povrch telies v kontakte nie je absolútne rovný. Najväčšia príťažlivá sila vzniká medzi atómami látok, ktoré sú od seba v minimálnej vzdialenosti, teda na mikroskopických výčnelky. Celková sila príťažlivosti atómov telies, ktoré sú v kontakte, je taká významná, že aj pri pôsobení vonkajšej sily pôsobiacej na tyč rovnobežne s povrchom jej kontaktu so stolom zostáva tyč v pokoji. To znamená, že sila pôsobiaca na tyč sa v absolútnej hodnote rovná vonkajšej sile, ale smeruje opačne. Táto sila je statická trecia sila. Keď aplikovaná sila dosiahne maximálnu kritickú hodnotu dostatočnú na pretrhnutie väzieb medzi výstupkami, tyč sa začne posúvať po stole. Maximálna statická trecia sila nezávisí od plochy dotyku povrchu Podľa tretieho Newtonovho zákona je normálna tlaková sila v absolútnej hodnote rovná sile reakcie podpory N.
Maximálna statická trecia sila je úmerná sile normálneho tlaku: 
kde μ je koeficient statického trenia.
Koeficient statického trenia závisí od charakteru povrchovej úpravy a od kombinácie materiálov, z ktorých sú kontaktné telesá vyrobené. Kvalitné spracovanie hladkých kontaktných plôch vedie k zvýšeniu počtu priťahovaných atómov a tým aj k zvýšeniu koeficientu statického trenia.
Maximálna hodnota statickej trecej sily je úmerná modulu sily F d tlaku, ktorým pôsobí teleso na podperu.
Hodnotu statického koeficientu trenia je možné určiť nasledovne. Teleso (plochú tyč) necháme ležať na naklonenej rovine AB (obr. 3). Pôsobia na ňu tri sily: gravitačná sila F, statická trecia sila Fp a reakčná sila podpery N. Normálovou zložkou Fp gravitácie je tlaková sila Fd, ktorú vytvára teleso na podperu, t.j.
FН=Fд. Tangenciálna zložka gravitácie Ft je sila smerujúca k pohybu telesa po naklonenej rovine.
Pri malých uhloch sklonu a je sila Ft vyvážená statickou trecou silou Fp a teleso je v pokoji na naklonenej rovine (reakčná sila podpery N podľa tretieho Newtonovho zákona má rovnakú veľkosť a opačný smer ako sila Fd, t.j. vyrovnáva ho).
Uhol sklonu a budeme zväčšovať, kým sa teleso nezačne šmýkať po naklonenej rovine. V tomto okamihu
Fт=FпmaxZ obr. 3 ukazuje, že Ft = Fsin = mgsin; Fn \u003d Fcos \u003d mgcos.
dostaneme
fн=sin/cos=tg.
Po zmeraní uhla, pri ktorom začína kĺzanie telesa, je možné vypočítať hodnotu koeficientu statického trenia fp podľa vzorca.
Ryža. 3. Trenie pokoja.
klzné trenie
Klzné trenie nastáva pri relatívnom pohybe kontaktujúcich telies.
Sila klzného trenia je vždy smerovaná v smere opačnom k relatívnej rýchlosti telies v kontakte.
Keď sa jedno teleso začne kĺzať po povrchu iného telesa, väzby medzi atómami (molekulami) pôvodne nehybných telies sa prerušia a trenie sa zníži. Pri ďalšom relatívnom pohybe telies sa medzi atómami neustále vytvárajú nové väzby. V tomto prípade zostáva sila klzného trenia konštantná, o niečo menšia ako sila statického trenia. Rovnako ako maximálna statická trecia sila, aj klzná trecia sila je úmerná normálnej tlakovej sile, a teda reakčnej sile podpery:
, kde je koeficient klzného trenia (), v závislosti od vlastností kontaktných plôch.
Ryža. 3. Klzné trenie
testovacie otázky
- Čo je vonkajšie a vnútorné trenie?
- Aký typ trenia je statické trenie?
- čo je suché a tekuté trenie?
- Aká je maximálna statická trecia sila?
- Ako určiť hodnotu koeficientu statického trenia?
Dajme skúsenosti
Zatlačte blok ležiaci na stole a dáme mu počiatočnú rýchlosť. Uvidíme, ako sa tyč kĺže po stole a jej rýchlosť klesá až do úplného zastavenia (obrázok 17.1 ukazuje postupné polohy tyče v pravidelných intervaloch). Ako už viete z kurzu fyziky na základnej škole, posuvná trecia sila pôsobiaca na ňu zo strany stola spomaľuje hrazdu.
Sily klzného trenia pôsobia na každé z kontaktujúcich telies, keď sa vzájomne pohybujú.
Tieto sily pôsobia na každé z kontaktujúcich telies (obr. 17.2). Sú rovnaké v absolútnej hodnote a opačné v smere, pretože sú spojené tretím Newtonovým zákonom. 
Pri kĺzaní bloku po stole nevnímame klznú treciu silu pôsobiacu na stôl zo strany baru, pretože stôl je pripevnený k podlahe (alebo na stôl pôsobí dosť veľká statická trecia sila z podlahy). , o ktorom sa bude diskutovať neskôr).
Ak stlačíte tyč ležiacu na vozíku, potom sa pod pôsobením posuvnej trecej sily pôsobiacej na vozík zo strany tyče bude vozík pohybovať zrýchlením a rýchlosť tyče vzhľadom na vozík sa zníži.
1. Koľkokrát je zrýchlenie tyče voči stolu v tomto pokuse väčšie ako zrýchlenie vozíka voči stolu, ak hmotnosť tyče je 200 g a hmotnosť vozíka je 600 g? Trenie medzi vozíkom a stolom možno zanedbať.
Sily klzného trenia smerujú pozdĺž kontaktnej plochy telies. Trecia sila pôsobiaca na každé teleso smeruje opačne k rýchlosti tohto telesa voči inému telesu.
Sily klzného trenia vznikajú hlavne v dôsledku záberu a deštrukcie nerovností dotýkajúcich sa telies (tieto nerovnosti sú na obrázku 17.3 pre názornosť zvýraznené). Preto zvyčajne čím hladšie sú povrchy telies v kontakte, tým menšia je trecia sila medzi nimi. 
Ak sú však kontaktné povrchy veľmi hladké (napríklad, ak sú leštené), potom sa klzná trecia sila môže zvýšiť v dôsledku pôsobenia medzimolekulových príťažlivých síl.
Poďme zistiť, od čoho závisí sila klzného trenia.
Od čoho závisí sila klzného trenia?
Dajme skúsenosti
Pomocou dynamometra budeme tyč ťahať po stole konštantnou rýchlosťou (obr. 17.4, a), pričom na ňu pôsobíme vodorovne smerujúcou silou napr. 
Pri pohybe konštantnou rýchlosťou je zrýchlenie bloku nulové. V dôsledku toho je posuvná trecia sila pôsobiaca na tyč zo strany stola vyvážená elastickou silou pôsobiacou na tyč zo strany dynamometra. To znamená, že tieto sily sú rovnaké v absolútnej hodnote, to znamená, že dynamometer ukazuje modul trecej sily.
Pokus zopakujeme umiestnením ďalšej podobnej tyče na tyč (obr. 17.4, b). Uvidíme, že klzná trecia sila sa zdvojnásobila. Teraz si všimneme, že v tomto experimente (v porovnaní s experimentom s jednou tyčou) sa sila normálnej reakcie tiež zdvojnásobila.
Zmenou normálnej reakčnej sily sa môžeme uistiť, že modul klznej trecej sily Ftr je úmerný modulu normálnej reakčnej sily N:
F tr.sk \u003d μN. (jeden)
Ako ukazujú skúsenosti, sila klzného trenia prakticky nezávisí od relatívnej rýchlosti pohybu kontaktných telies a od oblasti ich kontaktu.
Koeficient úmernosti μ sa nazýva koeficient trenia. Určuje sa na základe skúseností (pozri laboratórium 4). Závisí to od materiálu a kvality spracovania kontaktných plôch. Na letáku knihy problémov (pod obálkou) sú uvedené približné hodnoty koeficientu trenia pre niektoré typy povrchov.
Koeficient trenia pneumatík na mokrom asfalte alebo na ľade je o niekoľko ruží menší ako koeficient trenia pneumatík na suchom asfalte. Brzdná dráha auta sa preto počas dažďa alebo poľadovice výrazne predĺži. Na klzkú vozovku upozorňuje vodičov dopravná značka (obr. 17.5). 
2. Teleso s hmotnosťou m sa pohybuje po vodorovnej ploche. Koeficient trenia medzi telesom a povrchom μ.
a) Aká je sila klzného trenia?
b) S akým modulom zrýchlenia sa teleso pohybuje, ak naň pôsobí iba gravitačná sila, sila normálovej reakcie a sila klzného trenia?
3. Blok ležiaci na stole dostal rýchlosť 2 m/s a zastavil sa na 1 m (brzdná dráha). Aký je koeficient trenia medzi tyčou a stolom?
4. Môžeme približne predpokladať, že klzná trecia sila pôsobí na auto pri brzdení. Odhadnite brzdnú dráhu auta na suchom chodníku a ľade pri počiatočnej rýchlosti 60 km/h; 120 km/h Porovnajte zistené hodnoty s dĺžkou učebne.
Odpovede, ktoré dostanete, vás prekvapia. Pravdepodobne budete počas dažďa a najmä poľadovice na ceste opatrnejší.
2. Sila statického trenia
Dajme skúsenosti
Skúste posunúť skriňu (obr. 17.6). Zostane nehybný, aj keď naň použijete dosť veľkú silu.
Aká sila vyvažuje horizontálne smerovanú silu, ktorou pôsobíte na skrinku? Ide o statickú treciu silu pôsobiacu na skriňu zo strany podlahy. 
Sily statického trenia vznikajú, keď sa pokúšate posunúť jedno z kontaktujúcich telies vzhľadom na druhé v prípade, že telesá zostanú voči sebe v pokoji. Tieto sily bránia relatívnemu pohybu telies.
5. Pôsobí statická trecia sila na podlahu zo strany skrine (obr. 17.6)?
Príčiny statickej trecej sily sú podobné príčinám klznej trecej sily: prítomnosť nepravidelností na kontaktných plochách telies a pôsobenie medzimolekulových príťažlivých síl.
Postupne budeme zvyšovať horizontálnu silu pôsobiacu na skriňu. Po dosiahnutí určitej hodnoty sa skrinka pohne a začne kĺzať po podlahe. V dôsledku toho modul statickej trecej sily Ftr.pok neprekračuje určitú hraničnú hodnotu, nazývanú maximálna statická trecia sila.
Skúsenosti ukazujú, že maximálna statická trecia sila je o niečo väčšia ako klzná trecia sila. Pre zjednodušenie riešenia školských úloh sa však predpokladá, že maximálna statická trecia sila sa rovná klznej trecej sile:
F tr.pok ≤ μN. (2)
Ak je teleso v kľude, tak statická trecia sila tr.pok vyrovnáva silu smerujúcu po styčnej ploche telies a smerujúcu k pohybu telesa.
Preto v tomto prípade
F tr.pok = F. (3)
Poznámka: statická trecia sila spĺňa dva vzťahy - nerovnosť (4) a rovnosť (5). Z nich vyplýva nerovnosť pre silu, ktorá nemôže pohybovať telom:
Ak F > μN, telo sa začne kĺzať a budú naň pôsobiť klzné trecie tuky. V tomto prípade
F tr \u003d F tr.sk \u003d μN.
Vzťahy (3) a (5) sú znázornené grafom závislosti trecej sily Ftr od sily F pôsobiacej na teleso (obr. 17.7). 
6. Na tyč ležiacu na stole s hmotnosťou 1 kg pôsobí horizontálna sila s veľkosťou F. Koeficient trenia medzi tyčou a stolom je 0,3. Aká trecia sila pôsobí na tyč zo strany stola, ak F = 2 N? F = 5 N?
7. Traktor ťahá trs guľatiny s hmotnosťou 10 ton horizontálne silou 40 kN. Aké je zrýchlenie zväzku, ak súčiniteľ trenia medzi kmeňmi a vozovkou je 0,3? 0,5?
8. Tyč s hmotnosťou 1 kg umiestnená na stole je ťahaná horizontálnou pružinou s tuhosťou 100 N/m. Koeficient trenia 0,3. Aké je predĺženie x pružiny, ak je tyč v pokoji? pohybuje sa rýchlosťou 0,5 m/s?
Môže byť trenie hnacou silou?
Urobením kroku človek zatlačí cestu späť, pričom na ňu pôsobí silou statického trenia mp1: koniec koncov, podošva sa počas tlačenia opiera o vozovku (niekedy to naznačuje zreteľný odtlačok podrážky) (obr. 17.8, a). Podľa tretieho Newtonovho zákona na človeka pôsobí zo strany vozovky rovnaká modulová statická trecia sila tr2 smerujúca dopredu. 
Statická trecia sila tiež urýchľuje auto (obr. 17.8, b). Keď sa koleso odvaľuje bez šmyku, jeho najnižší bod je v pokoji vzhľadom na vozovku. Hnacie koleso automobilu (poháňané motorom) tlačí vozovku späť a pôsobí na ňu statickou trecou silou mp1. Podľa tretieho Newtonovho zákona cesta s atómom tlačí koleso (a s ním aj auto) dopredu statickou trecou silou mp2. Práve táto sila sa často nazýva ťažná sila.
9. Aký je účel výroby lokomotív (elektrických a dieselových) veľmi masívnych?
10. Súčiniteľ trenia medzi pneumatikami hnacích kolies automobilu a vozovkou je 0,5. Predpokladajme, že odpor vzduchu možno zanedbať.
a) S akým maximálnym možným zrýchlením sa môže auto pohybovať, ak sú poháňané všetky jeho kolesá?
b) Zvýšilo by sa alebo znížilo maximálne možné zrýchlenie auta, ak by boli poháňané iba predné alebo iba zadné kolesá? Svoju odpoveď zdôvodnite.
Tipy. Zrýchlenie auta je spôsobené pôsobením statickej trecej sily zo strany vozovky. 
Doplňujúce otázky a úlohy
11. Obrázok 17.9 znázorňuje grafy závislosti sily posuvného trenia od normálnej reakčnej sily pri pohybe troch rôznych tyčí na stole. Medzi ktorou tyčou a tabuľkou je koeficient trenia najväčší? čomu sa to rovná?
12. Na stole je stoh štyroch rovnakých kníh s hmotnosťou 500 g (obr. 17.10). Koeficient trenia medzi obálkami kníh je 0,4. Aká horizontálne smerujúca sila musí byť použitá, aby sa udržali zostávajúce knihy:
a) presunúť knihu 4?
b) presunúť knihy 3 a 4 dohromady?
c) vytiahnuť knihu 3?
d) vytiahnuť knihu 2?
