Всеки ученик знае, че когато има контакт между две твърди повърхности, възниква така наречената сила на триене. Нека разгледаме в тази статия какво представлява, като се фокусираме върху точката на приложение на силата на триене.
Какви видове сила на триене има?
Преди да разгледаме точката на приложение на силата на триене, е необходимо да си припомним накратко какви видове триене съществуват в природата и технологията.
Нека започнем да разглеждаме статичното триене. Този тип характеризира състоянието на твърдо тяло в покой върху някаква повърхност. Триенето на покой предотвратява всяко изместване на тялото от неговото състояние на покой. Например, поради действието на точно тази сила, за нас е трудно да преместим шкаф, стоящ на пода.
Тренето на плъзгане е друг вид триене. Проявява се в случай на контакт между две повърхности, плъзгащи се една върху друга. Триенето на плъзгане се противопоставя на движението (посоката на силата на триене е противоположна на скоростта на тялото). Ярък пример за действието му е скиор или кънкьор, плъзгащ се по лед върху сняг.
Накрая, третият тип триене е търкалянето. Винаги съществува, когато едно тяло се търкаля по повърхността на друго. Например, търкалянето на колело или лагери са основни примери, когато триенето при търкаляне е важно.
Първите два от описаните типа възникват поради грапавост на триещите се повърхности. Третият тип възниква поради деформационния хистерезис на търкалящото се тяло.
Точки на приложение на силите на триене на плъзгане и покой
По-горе беше казано, че статичното триене предотвратява външната действаща сила, която има тенденция да премести обекта по контактната повърхност. Това означава, че посоката на силата на триене е противоположна на посоката на външната сила, успоредна на повърхността. Точката на приложение на разглежданата сила на триене е в зоната на контакт между две повърхности.
Важно е да се разбере, че статичната сила на триене не е постоянна стойност. Той има максимална стойност, която се изчислява по следната формула:
Ft=µtN.
Тази максимална стойност обаче се появява само когато тялото започне своето движение. Във всеки друг случай, статичната сила на триене е точно равна по абсолютна стойност на успоредната повърхност на външната сила.
Що се отнася до точката на приложение на силата на триене при плъзгане, тя не се различава от тази за статичното триене. Говорейки за разликата между статичното и плъзгащото триене, трябва да се отбележи абсолютното значение на тези сили. По този начин силата на триене при плъзгане за дадена двойка материали е постоянна стойност. Освен това тя винаги е по-малка от максималната сила на статично триене.
Както виждате, точката на приложение на силите на триене не съвпада с центъра на тежестта на тялото. Това означава, че разглежданите сили създават момент, склонен да преобръща плъзгащото се тяло напред. Последното може да се наблюдава, когато велосипедистът спира силно с предното колело.
Тренето при търкаляне и неговата точка на приложение
Тъй като физическата причина за триенето при търкаляне е различна от тази за видовете триене, обсъдени по-горе, точката на приложение на силата на триене при търкаляне има малко по-различен характер.
Да приемем, че колелото на колата е на тротоара. Очевидно е, че това колело е деформирано. Площта на контакта му с асфалта е равна на 2dl, където l е ширината на колелото, 2d е дължината на страничния контакт на колелото и асфалта. Силата на триене при търкаляне по своята физическа същност се проявява под формата на реактивен момент на опората, насочена срещу въртенето на колелото. Този момент се изчислява по следния начин:
M=Nd
Ако го разделим и умножим по радиуса на колелото R, тогава получаваме:
M=Nd/RR=FtR, където Ft=Nd/R
По този начин силата на триене при търкаляне Ft всъщност е реакцията на опората, създаваща момент на сила, който има тенденция да забавя въртенето на колелото.
Точката на приложение на тази сила е насочена вертикално нагоре спрямо повърхността на равнината и се измества надясно от центъра на масата с d (при положение, че колелото се движи отляво надясно).
Пример за решаване на проблеми
Действиесилата на триене от всякакъв вид има тенденция да забавя механичното движение на телата, като същевременно преобразува кинетичната им енергия в топлина. Нека решим следния проблем:
бар се плъзга по наклонена повърхност. Необходимо е да се изчисли ускорението на движението му, ако е известно, че коефициентът за плъзгане е 0,35, а ъгълът на наклон на повърхността е 35o.
Нека разгледаме какви сили действат върху щангата. Първо, гравитационният компонент е насочен надолу по плъзгащата се повърхност. То е равно на:
F=mgsin(α)
На второ място, нагоре по равнината действа постоянна сила на триене, която е насочена срещу вектора на ускорението на тялото. Може да се определи по формулата:
Ft=µtN=µtmgcos (α)
Тогава законът на Нютон за прът, движещ се с ускорение a, ще приеме формата:
ma=mgsin(α) - µtmgcos(α)=>
a=gsin(α) - µtgcos(α)
Замествайки данните в равенство, получаваме, че a=2,81 m/s2. Обърнете внимание, че намереното ускорение не зависи от масата на лентата.
