Всеки контакт между две тела води до сила на триене. В този случай няма значение в какво агрегатно състояние на материята се намират телата, дали се движат едно спрямо друго или са в покой. В тази статия ще разгледаме накратко какви видове триене съществуват в природата и технологиите.
Трене на почивка
За мнозина може да е странна идеята, че триенето на телата съществува дори когато те са в покой едно спрямо друго. В допълнение, тази сила на триене е най-голямата сила сред другите видове. Проявява се, когато се опитваме да преместим някакъв обект. Може да бъде блок от дърво, камък или дори колело.
Причината за съществуването на статичната сила на триене е наличието на неравности по контактните повърхности, които механично взаимодействат помежду си по принципа пик-връх.
Сила на статично триене се изчислява по следната формула:
Ft1=µtN
Тук N е реакцията на опората, с която повърхността действа върху тялото по нормата. Параметърът µt е коефициентът на триене. Зависи отматериала на контактните повърхности, качеството на обработка на тези повърхности, тяхната температура и някои други фактори.
Написаната формула показва, че статичната сила на триене не зависи от контактната площ. Изразът за Ft1 ви позволява да изчислите така наречената максимална сила. В редица практически случаи Ft1 не е максимумът. Тя винаги е равна по величина на външната сила, която се стреми да изведе тялото от покой.
Тренето на почивката играе важна роля в живота. Благодарение на това можем да се движим по земята, отблъсквайки се от нея с стъпалата на краката си, без да се подхлъзваме. Всички тела, които са на равнини, наклонени към хоризонта, не се изплъзват от тях поради силата Ft1.
Трене по време на плъзгане
Друг важен тип триене за човек се проявява, когато едно тяло се плъзга по повърхността на друго. Това триене възниква поради същата физическа причина като статичното триене. Нещо повече, силата му се изчислява по подобна формула.
Ft2=µkN
Единствената разлика с предишната формула е използването на различни коефициенти за триене на плъзгане µk. Коефициентите µk винаги са по-малки от подобни параметри за статично триене за една и съща двойка триещи се повърхности. На практика този факт се проявява по следния начин: постепенното увеличаване на външната сила води до увеличаване на стойността на Ft1, докато достигне максималната си стойност. След това тяпада рязко с няколко десетки процента до стойността Ft2 и се поддържа постоянно по време на движението на тялото.
Коефициент µk зависи от същите фактори като параметъра µt за статично триене. Силата на триене на плъзгане Ft2 практически не зависи от скоростта на движение на телата. Само при високи скорости става забележимо намаляване.
Значението на триенето при плъзгане за човешкия живот може да се види в примери като каране на ски или кънки. В тези случаи коефициентът µk се намалява чрез модифициране на триещите се повърхности. Напротив, поръсването на пътища със сол и пясък има за цел да увеличи стойностите на коефициентите µk и µt.
Тренение при търкаляне
Това е един от важните видове триене за функционирането на съвременните технологии. Присъства по време на въртенето на лагерите и движението на колелата на превозните средства. За разлика от триенето при плъзгане и покой, триенето при търкаляне се дължи на деформацията на колелото по време на движение. Тази деформация, която възниква в еластичната област, разсейва енергията в резултат на хистерезис, проявявайки се като сила на триене по време на движение.
Изчисляването на максималната сила на триене при търкаляне се извършва по формулата:
Ft3=d/RN
Тоест, силата Ft3, тъй като силите Ft1 и Ft2, е право пропорционална на реакцията на опората. Това обаче зависи и от твърдостта на материалите в контакт и радиуса на колелото R. Стойносттаd се нарича коефициент на съпротивление при търкаляне. За разлика от коефициентите µk и µt, d има размерността на дължина.
По правило безразмерното съотношение d/R се оказва с 1-2 порядъка по-малко от стойността µk. Това означава, че движението на телата с помощта на търкаляне е много по-енергийно благоприятно, отколкото с помощта на плъзгане. Ето защо триенето при търкаляне се използва във всички триещи се повърхности на механизми и машини.
Ъгъл на триене
И трите типа прояви на триене, описани по-горе, се характеризират с определена сила на триене Ft, която е право пропорционална на N. И двете сили са насочени под прав ъгъл една спрямо друга. Ъгълът, който тяхната векторна сума образува с нормалата към повърхността, се нарича ъгъл на триене. За да разберем важността му, нека използваме това определение и го запишем в математическа форма, получаваме:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
По този начин тангенсът на ъгъла на триене θ е равен на коефициента на триене k за даден вид сила. Това означава, че колкото по-голям е ъгълът θ, толкова по-голяма е самата сила на триене.
Трене в течности и газове
Когато твърдо тяло се движи в газообразна или течна среда, то непрекъснато се сблъсква с частици от тази среда. Тези сблъсъци, придружени от загуба на скорост на твърдото тяло, са причина за триенето в течните вещества.
Този тип триене силно зависи от скоростта. Така че, при относително ниски скорости, силата на триенеоказва се право пропорционално на скоростта на движение v, докато при високи скорости говорим за пропорционалност v2.
Има много примери за това триене, от движението на лодки и кораби до полета на самолети.
