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 sila valivého trenia; 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 výstupky. Celková sila príťažlivosti atómov telies, ktoré sú v kontakte, je taká významná, že aj pri pôsobení vonkajšej sily pôsobiacej na tyč rovnobežnú 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 prerušenie 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 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

1. Čo je vonkajšie a vnútorné trenie?
2. Aký typ trenia je statické trenie?
3. čo je suché a tekuté trenie?
4. Aká je maximálna statická trecia sila?
5. Ako určiť hodnotu koeficientu statického trenia?

1. Aby sa telo (kniha ležiaca na stole, krabica na podlahe a pod.) mohlo pohnúť, musí naň pôsobiť sila. V tomto prípade pri postupnom zvyšovaní sily zostane telo nejaký čas v pokoji a pri určitej hodnote pôsobiacej sily sa začne pohybovať. Sila vznikajúca pri priamom kontakte dvoch telies sa nazýva trecia sila. Táto sila je vždy smerovaná pozdĺž kontaktnej plochy.

Na knihu ležiacu na stole pôsobia vo vertikálnej rovine gravitačné sily ​\(\vec(F)_t \), ktoré sa navzájom vyrovnávajú, a elasticita (reakcia podpery), v horizontálnej rovine sila pôsobiaca na to \(\vec(F) \) . Keďže kniha zostáva nejaký čas nehybná, znamená to, že v horizontálnej rovine pôsobí iná sila, ktorá sa v absolútnej hodnote rovná sile \(\vec(F) \) a smeruje opačným smerom ako k nej. Táto sila je statická trecia sila. Čím väčšia sila pôsobí na teleso (keď sa nepohybuje), tým väčšia je statická trecia sila.

Statická trecia sila sa rovná absolútnej hodnote a smeruje opačne k sile pôsobiacej na teleso v pokoji rovnobežne s povrchom jeho kontaktu s iným telesom.

2. Pri určitej hodnote sily pôsobiacej na teleso ​\(\vec(F) \) ​ sa začne pohybovať. V momente, keď sa tyč začne pohybovať, statická trecia sila má maximálnu hodnotu \(\vec(F)_(tr.max) \) , ktorá sa rovná klznej trecej sile. Čím väčšia je tlaková sila telesa na dotykovú plochu telies kolmú na túto plochu (normálna tlaková sila), tým väčšia je maximálna statická trecia sila, t.j. ​\((F_(tr))_(max)=\mu N \), kde ​\(\mu \) ​ je koeficient trenia.

Maximálna statická trecia sila je priamo úmerná sile normálneho tlaku.

Statická trecia sila zabraňuje tomu, aby sa telo začalo pohybovať. Na druhej strane sila statického trenia môže byť príčinou zrýchlenia pohybu telesa. Takže pri chôdzi nám statická trecia sila \\ (F_ (tr) \) , pôsobiaca na podrážku, hovorí o zrýchlení. Sila ​\(F \)​, ktorá sa v absolútnej hodnote rovná statickej trecej sile a smeruje v opačnom smere, udeľuje podpore zrýchlenie.

3. Pri pohybe telesa bude naň pôsobiť aj trecia sila, tzv posuvná trecia sila. Sila klzného trenia je sila, ktorá pôsobí, keď jedno teleso kĺže po povrchu druhého a smeruje v smere opačnom k ​​pohybu telesa. Je o niečo menšia ako maximálna statická trecia sila a je nasmerovaná v smere opačnom k ​​pohybu tela vzhľadom na telo, ktoré je s ním v kontakte.

Posuvná trecia sila je priamo úmerná normálnej tlakovej sile: \((F_(tr))_(max)=\mu N \) . V tomto vzorci ​ \ (N \) ​ je sila normálneho tlaku, t.j. sila pôsobiaca kolmo na povrch kontaktujúcich telies; ​\(\mu \) ​ - koeficient trenia. Koeficient trenia charakterizuje povrchy kontaktujúcich telies. Stanovuje sa experimentálne a je uvedený v tabuľkách.

Trenie je spôsobené nerovnými povrchmi. V prípade dobre vyleštených povrchov sú molekuly umiestnené na povrchoch telies blízko seba a sily medzimolekulovej interakcie sú pomerne veľké.

4. Ak sa teleso valí po povrchu iného telesa, potom naň pôsobí aj sila trenia. Toto je - valivá trecia sila. Je priamo úmerná sile normálneho tlaku (reakcia podpory) ​\(N \) ​ a nepriamo úmerná polomeru ​\(R \) ​ valivého telesa: ​ \(F_(set)=\mu\frac(N)(R) \)​, kde ​\(\mu \) ​ je koeficient valivého trenia.

5. Existuje množstvo praktických problémov, pri ktorých je potrebné brať do úvahy treciu silu. Zvlášť dôležité sú úlohy spojené s dopravou. Je dobre známe, že aby sa predišlo nehodám, mala by sa medzi autami udržiavať určitá vzdialenosť; v daždivom počasí alebo v ľadových podmienkach by mala byť väčšia ako v suchom počasí.

Vzdialenosť, ktorú auto prejde pri brzdení až do úplného zastavenia, sa nazýva brzdná dráha. Brzdná dráha sa vypočíta pomocou vzorca ​\(s=\frac(v^2)(2a) \) .

Časť 1

1. Pri meraní koeficientu trenia sa tyč posúvala po vodorovnej ploche stola a získala sa hodnota trecej sily ​\(F_1 \) . Potom sa na tyč umiestnilo zaťaženie, ktorého hmotnosť je 2-krát väčšia ako hmotnosť tyče a získala sa hodnota trecej sily \(F_2\). V tomto prípade trecia sila \ (F_2 \)

1) sa rovná \(F_1 \)
2) 2 krát viac \(F_1 \)
3) 3 krát viac \(F_1 \)
4) 2 krát menej \ (F_1 \)

2. V tabuľke sú uvedené výsledky meraní trecej sily a normálovej tlakovej sily pri štúdiu vzťahu medzi týmito veličinami.

Pravidelnosť ​\(\mu=N/F_(tr) \) ​ je splnená pre normálnu tlakovú silu

1) iba 0,4 N až 2,0 N
2) iba 0,4 N až 3 N
3) iba 0,4 N až 4,5 N
4) iba 2,0 N až 4,5 N

3. Pri meraní trecej sily sa tyč posunula po vodorovnej ploche stola a získala sa hodnota trecej sily \(F_1 \). Potom sa tyč posunula a položila ju na stôl tvárou, ktorej plocha je 2-krát väčšia ako v prvom prípade, a získala sa hodnota trecej sily \(F_2\). Trecia sila \(F_2 \)

1) sa rovná \(F_1 \)
2) 2 krát viac \(F_1 \)
3) 2 krát menej \ (F_1 \)
4) 4 krát menej \ (F_1 \)

4. Dva drevené bloky s hmotnosťou ​\(m_1 \) ​ a \(m_2 \) sa posúvajú po vodorovnom, rovnako upravenom povrchu stola. Posuvná trecia sila \(F_1 \) a \(F_1 \) pôsobí na tyče, resp. Je známe, že ​\(F_2=2F_1 \) . Preto ​\(m_1 \) ​

1) \(m_1\)
2) \(2m_2\)
3)\(m_2/2\)
4) odpoveď závisí od hodnoty koeficientu trenia

5. Na obrázku sú znázornené grafy závislosti trecej sily od sily normálového tlaku. Porovnajte hodnoty koeficientu trenia.

1) ​\(\mu_2=\mu_1 \) ​
2) ​\(\mu_2>\mu_1 \) ​
3) \(\mu_2<\mu_1 \)
4) \(\mu_2>>\mu_1 \)

6. Študent vykonal experiment na meranie trecej sily pôsobiacej na dve telesá pohybujúce sa po vodorovných plochách. Hmotnosť prvého telesa ​\(m_1 \) , hmotnosť druhého telesa ​\(m_2 \) ​ a ​\(m_1 = 2m_2 \) . Získal výsledky uvedené na obrázku vo forme diagramu. Aký záver možno vyvodiť z analýzy diagramu?

1) normálna tlaková sila ​\(N_2=2N_1\) ​
2) normálna tlaková sila \ (N_1 \u003d N_2 \)
3) koeficient trenia ​\(\mu_1=\mu_2 \) ​
4) koeficient trenia ​\(\mu_2=2\mu_1 \) ​

7. Dve autá rovnakej hmotnosti sa pohybujú jedno po asfaltovej ceste a druhé po poľnej ceste. Diagram ukazuje hodnoty trecej sily pre tieto vozidlá. Porovnajte hodnoty koeficientu trenia (​\(\mu_1 \) ​ a \(\mu_2 \) ).

1) ​\(\mu_2=0,3\mu_1 \) ​
2) \(\mu_2=\mu_1 \)
3) \(\mu_2=1,5\mu_1\)
4) \(\mu_2=3\mu_1 \)

8. Na obrázku je znázornený graf závislosti trecej sily od sily normálového tlaku. Aký je koeficient trenia?

1) 0,5
2) 0,2
3) 2
4) 5

9. Po vodorovnej ceste sa kĺžu sane s hmotnosťou 3 kg. Kĺzavá trecia sila ich bežcov na vozovke je 6 N. Aký je koeficient klzného trenia bežcov na vozovke?

1) 0,2
2) 0,5
3) 2
4) 5

10. Pri pohybe telesa s hmotnosťou 40 kg po vodorovnej ploche pôsobí klzná trecia sila 10 N. Aká bude klzná trecia sila, keď sa hmotnosť telesa zmenší 5-krát?

1) 1 N
2) 2 N
3) 4 N
4) 5 N

11. Vytvorte súlad medzi fyzikálnou veličinou (ľavý stĺpec) a povahou jej zmeny (pravý stĺpec) s nárastom hmotnosti tyče pohybujúcej sa pozdĺž tabuľky. Vo svojej odpovedi zapíšte čísla vybraných odpovedí za sebou.

FYZICKÉ MNOŽSTVO
A. Sila trenia
B. Koeficient trenia
B. Normálna tlaková sila

CHARAKTER ZMENY HODNOTY
1) klesá
2) zvyšuje
3) sa nemení

12. Z nižšie uvedených tvrdení vyberte dva správne a zapíšte ich počet do tabuľky.

1) Statická trecia sila je väčšia ako sila pôsobiaca na teleso.
2) Valivá trecia sila je menšia ako klzná trecia sila pre rovnakú telesnú hmotnosť.
3) Koeficient klzného trenia je priamo úmerný sile normálneho tlaku.
4) Sila trenia závisí od oblasti podpory pohybujúceho sa telesa s rovnako upraveným povrchom.
5) Maximálna statická trecia sila sa rovná klznej trecej sile.

Časť 2

13. Auto s rýchlosťou 72 km/s začne s vypnutým motorom spomaľovať a prejde vzdialenosť 100 m Aké je zrýchlenie auta a čas brzdenia?

Odpovede

Definícia

Silou trenia nazývaná sila, ktorá vzniká pri relatívnom pohybe (alebo pokuse o pohyb) telies a je výsledkom odporu voči pohybu prostredia alebo iných telies.

Trecie sily vznikajú, keď sa telesá (alebo ich časti), ktoré sú v kontakte, navzájom pohybujú. V tomto prípade sa trenie, ktoré sa objavuje počas relatívneho pohybu kontaktujúcich telies, nazýva vonkajšie. Trenie, ktoré vzniká medzi časťami jedného pevného telesa (plyn, kvapalina), sa nazýva vnútorné.

Trecia sila je vektor, ktorý má smer pozdĺž dotyčnice k trecím plochám (vrstvám). V tomto prípade je táto sila nasmerovaná proti relatívnemu posunutiu týchto povrchov (vrstiev). Ak sa teda dve vrstvy kvapaliny pohybujú jedna cez druhú, pričom sa pohybujú rôznymi rýchlosťami, potom sila, ktorá pôsobí na vrstvu pohybujúcu sa vyššou rýchlosťou, má smer opačný ako pohyb. Sila, ktorá pôsobí na vrstvu, ktorá sa pohybuje nižšou rýchlosťou, smeruje pozdĺž pohybu.

Druhy trenia

Trenie, ktoré sa vyskytuje medzi povrchmi pevných látok, sa nazýva suché. Vyskytuje sa nielen pri kĺzaní povrchov, ale aj pri pokuse vyvolať pohyb povrchov. To vytvára statickú treciu silu. Vonkajšie trenie, ktoré vzniká medzi pohyblivými telesami, sa nazýva kinematické.

Zákony suchého trenia naznačujú, že maximálna sila statického trenia a sila klzného trenia nezávisia od plochy kontaktných plôch kontaktných telies vystavených treniu. Tieto sily sú úmerné modulu normálnej tlakovej sily (N), ktorá tlačí na trecie plochy:

kde je bezrozmerný koeficient trenia (v pokoji alebo v kĺzaní). Tento koeficient závisí od povahy a stavu povrchov trecích telies, napríklad od prítomnosti drsnosti. Ak dôjde k treniu v dôsledku kĺzania, potom je koeficient trenia funkciou rýchlosti. Pomerne často sa namiesto koeficientu trenia používa uhol trenia, ktorý sa rovná:

Uhol sa rovná minimálnemu uhlu sklonu roviny k horizontu, pri ktorom sa teleso ležiace na tejto rovine začne kĺzať vplyvom gravitácie.

Zákon trenia sa považuje za presnejší, ktorý zohľadňuje príťažlivé sily medzi molekulami telies, ktoré sú vystavené treniu:

kde S je celková kontaktná plocha telies, p 0 je dodatočný tlak spôsobený silami molekulárnej príťažlivosti, je skutočný koeficient trenia.

Trenie medzi pevným telesom a kvapalinou (alebo plynom) sa nazýva viskózne (kvapalina). Sila viskózneho trenia sa rovná nule, ak rýchlosť relatívneho pohybu telies zmizne.

Keď sa teleso pohybuje v kvapaline alebo plyne, objavujú sa odporové sily média, ktoré môžu byť výrazne väčšie ako trecie sily. Veľkosť klznej trecej sily závisí od tvaru, veľkosti a stavu povrchu telesa, rýchlosti telesa voči médiu, viskozity média. Pri nie príliš vysokých rýchlostiach sa trecia sila vypočíta podľa vzorca:

kde znamienko mínus znamená, že sila trenia má opačný smer ako smer vektora rýchlosti. So zvýšením rýchlostí telies vo viskóznom prostredí sa lineárny zákon (4) zmení na kvadratický:

Koeficienty a sú v podstate závislé od tvaru, rozmerov, stavu povrchov telies a viskozity média.

Okrem toho sa rozlišuje valivé trenie. Ako prvé priblíženie sa valivé trenie vypočíta pomocou vzorca:

kde k je koeficient valivého trenia, ktorý má rozmer dĺžky a závisí od materiálu telies, ktoré sú predmetom kontaktu, a od kvality povrchov atď. N je sila normálového tlaku, r je polomer valivého telesa.

Jednotky trecej sily

Základná jednotka merania trecej sily (ako aj akejkoľvek inej sily) v sústave SI je: [P]=H

V GHS: [P]=dyn.

Príklady riešenia problémov

Príklad

Cvičenie. Na vodorovnom disku spočíva malé telo. Disk sa otáča okolo osi, ktorá prechádza jeho stredom, kolmo na rovinu s uhlovou rýchlosťou . V akej vzdialenosti od stredu disku môže byť teleso v rovnováhe, ak koeficient trenia medzi diskom a telesom je ?

rozhodnutie. Znázornime si na obr. 1 sily, ktoré budú pôsobiť na teleso umiestnené na rotujúcom disku.

Podľa druhého Newtonovho zákona máme:

Pri projekcii na os Y z rovnice (1.1) dostaneme:

V projekcii na os X máme:

kde zrýchlenie pohybu malého telesa sa modulom rovná normálnej zložke celkového zrýchlenia. Zvyšné trenia nájdeme ako:

berieme do úvahy výraz (1.2), potom máme.

Trecia sila vzniká v mieste dotyku dvoch telies a bráni vzájomnému pohybu týchto telies voči sebe. Vždy smeruje proti pohybu telies alebo smeru pôsobenia vonkajšej sily. Ak sú telá nehybné. V dôsledku trenia sa mechanická energia premieňa na tepelnú energiu.

Trenie sa delí na pokojové a pohybové. Trenie pohybu sa zase delí na valivé trenie a klzné trenie. Trenie nastáva, keď sa telesá, ktoré sú v kontakte, pokúšajú navzájom pohybovať.

Formula 1 - Sila trenia.

N - Podporná reakčná sila.

Mu - koeficient trenia.

Trenie pokoja, ako už názov napovedá, nastáva, keď je na telá aplikovaná sila tretej strany, ktorá sa snaží ich vzájomne premiestniť. Ale zatiaľ nie je žiadny pohyb. Nedochádza k pohybu práve preto, že mu bráni pokojová trecia sila. V momente, keď vonkajšia sila prevýši statickú treciu silu, vznikne klzná trecia sila.

Príčinou trecej sily je nerovnosť na povrchu kontaktných telies. Aj keď povrchy vyzerajú hladko, v skutočnosti pri veľkom zväčšení je povrch drsný. Sú to teda práve tieto nerovnosti na povrchu dvoch tiel, ktoré k sebe priliehajú.

Obrázok 1 - Kontaktné plochy.

Zdalo by sa, že ak sú povrchy vyleštené do zrkadlového lesku, potom by trenie medzi nimi malo, ak nie úplne zmiznúť, tak určite klesnúť na minimálnu hodnotu. V praxi sa však ukazuje, že to nie je také jednoduché. V prípade veľmi hladkých povrchov sa objavuje ďalší faktor zvyšujúci trenie. Toto je medzimolekulárna príťažlivosť. Pri veľmi jemnom spracovaní materiálu sú molekuly látky dvoch telies tak blízko seba, že vznikajú také silné príťažlivé sily, že bránia telesám vo vzájomnom pohybe.

Na veľkosť trecej sily má samozrejme vplyv aj sila, ktorá tlačí telesá proti sebe. Čím je vyššia, tým väčšia je trecia sila. Ak sa v zime váľate, dosť ľahko vyjdú prázdne sane v snehu. Ak dieťa sedí na saniach, bude ťažšie ho ťahať. No ak si do nich sadne dospelý človek, dobre si rozmyslíte, či sa vám ich vôbec oplatí vláčiť. Vo všetkých týchto prípadoch je kvalita povrchu sánok a povrchu snehu nezmenená. Ale gravitačná sila je iná, čo vedie k zvýšeniu trecej sily.

Okrem klzného trenia existuje aj valivá trecia sila. Podstata fenoménu sa opäť skrýva v názve. To znamená, že ide o trenie, ku ktorému dochádza počas valcovania jedného predmetu po povrchu druhého. Valivé trenie je mnohonásobne menšie ako klzné trenie.

Predstavte si kovovú guľu, ktorá sa valí po povrchu stola. V dôsledku deformácie stola a samotnej lopty nie je miestom kontaktu medzi nimi bod, ale určitý povrch. Výsledkom je, že bod aplikácie podpornej reakcie je posunutý mierne dopredu od stredu rovnováhy. A reakcia podpory je trochu späť. V dôsledku toho je normálna časť podpernej reakcie kompenzovaná gravitačnou silou a tangenciálnou zložkou je valivá trecia sila.