Тренето е физическият процес, без който самото движение в нашия свят не би могло да съществува. Във физиката, за да се изчисли абсолютната стойност на силата на триене, е необходимо да се знае специален коефициент за разглежданите повърхности на триене. Как да намерим коефициента на триене? Тази статия ще отговори на този въпрос.
Трене във физиката
Преди да се отговори на въпроса как да се намери коефициентът на триене, е необходимо да се помисли какво е триене и с каква сила се характеризира.
Във физиката има три вида на този процес, който се случва между твърди обекти. Това е триенето на почивка, плъзгане и търкаляне. Триенето винаги възниква, когато външна сила се опитва да премести обект. Триенето на плъзгане, както подсказва името, възниква, когато една повърхност се плъзга върху друга. И накрая, триенето при търкаляне възниква, когато кръгъл предмет (колело, топка) се търкаля върху някаква повърхност.
Общото за всички видове е фактът, че пречат на всекидвижение и точката на приложение на силите им е в зоната на контакт между повърхностите на два обекта. Освен това всички тези видове преобразуват механичната енергия в топлина.
Силите на плъзгане и статичното триене са причинени от микроскопична грапавост на повърхности, които се трият. В допълнение, тези типове се дължат на дипол-дипол и други видове взаимодействия между атоми и молекули, които образуват триещи се тела.
Причината за триенето при търкаляне е свързана с хистерезиса на еластичната деформация, която се появява в точката на контакт между търкалящия се обект и повърхността.
Сила на триене и коефициент на триене
И трите типа твърди сили на триене се описват с изрази, които имат една и съща форма. Ето я:
Ft=µtN.
Тук N е силата, действаща перпендикулярно на повърхността на тялото. Нарича се реакция на подкрепа. Стойността µt- се нарича коефициент на съответния тип триене.
Коефициентите за триене на плъзгане и покой са безразмерни величини. Това може да се разбере, като се разгледа равенството на силата на триене и коефициента на триене. Лявата страна на уравнението се изразява в нютони, дясната страна също се изразява в нютони, тъй като N е сила.
Що се отнася до триенето при търкаляне, коефициентът за него също ще бъде безразмерна стойност, но се определя като съотношението на линейната характеристика на еластичната деформация към радиуса на търкалящия се обект.
Трябва да се каже, че типичните стойности на коефициентите на триене на плъзгане и покой са десети от единицата. За триенетъркаляне, този коефициент съответства на стотни и хилядни от единицата.
Как да намеря коефициента на триене?
Коефициент µtзависи от редица фактори, които е трудно да се вземат предвид математически. Изброяваме някои от тях:
- материал от триещи се повърхности;
- качество на повърхността;
- наличието на мръсотия, вода и така нататък;
- повърхностни температури.
Следователно няма формула за µt и трябва да се измери експериментално. За да разберем как да намерим коефициента на триене, той трябва да бъде изразен от формулата за Ft. Имаме:
µt =Ft/N.
Оказва се, че за да се знае µtе необходимо да се намери силата на триене и опорната реакция.
Съответният експеримент се извършва, както следва:
- Вземете тяло и самолет, например, изработени от дърво.
- Прилепете динамометъра към тялото и го преместете равномерно по повърхността.
В същото време динамометърът показва някаква сила, която е равна на Ft. Реакцията на земята е равна на тежестта на тялото върху хоризонтална повърхност.
Описаният метод ви позволява да разберете какъв е коефициентът на статично и плъзгащо триене. По същия начин можете експериментално да определите µtrolling.
Друг експериментален метод за определяне на µt е даден под формата на проблем в следващия параграф.
Проблем за изчисляване на µt
Дървената греда е върху стъклената повърхност. Чрез плавно накланяне на повърхността открихме, че плъзгането на лъча започва под ъгъл на наклон от 15o. Какъв е коефициентът на статично триене за двойка дърво-стъкло?
Когато лъчът е бил в наклонена равнина при 15o, тогава силата на остатъчно триене за него имаше максимална стойност. То е равно на:
Ft=mgsin(α).
Сила N се определя по формулата:
N=mgcos(α).
Прилагайки формулата за µt, получаваме:
µt=Ft/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).
Замествайки ъгъла α, стигаме до отговора: µt=0, 27.
