TRENJE: VRSTE, KOEFICIJENT, PRORAČUN, VJEŽBE - FIZIČKA - 2024

Trenje otpori kretanja površine u kontaktu s drugom. To je površinski fenomen koji se javlja između krutih, tekućih i plinovitih materijala. Sila otpora tangencijalna na dvije površine u kontaktu, koja se suprotstavlja smjeru relativnog pomaka između navedenih površina, također se naziva sila trenja ili sila trenja F _r.

Za izbacivanje čvrstog tijela na površinu, mora se primijeniti vanjska sila koja može prevladati trenje. Kad se tijelo pomiče, sila trenja djeluje na tijelo, usporavajući ga, pa čak i može zaustaviti.

Trenje

Sila trenja može se grafički prikazati dijagramom sile tijela koje dodiruje površinu. U ovom je dijagramu sila trenja F _r povučena suprotno komponenti sile koja se na tijelo primjenjuje tangencijalno na površinu.

Kontaktna površina vrši reakcijsku silu na tijelo koja se naziva normalna sila N. U nekim slučajevima, normalna sila nastaje samo zbog težine P tijela koja počiva na površini, a u drugim slučajevima to je zbog primijenjenih sila koje nisu sile gravitacije.

Trenje se javlja jer postoje mikroskopske hrapavosti između površina u dodiru. Pri pokušaju pomicanja jedne površine preko druge, trenja se pojavljuju između hrapavosti koje sprečavaju slobodno kretanje na sučelju. Zauzvrat, gubici energije nastaju u obliku topline koja se ne koristi za pomicanje tijela.

Vrste trenja

Postoje dvije glavne vrste trenja: Coulomb trenje ili suho trenje i trenje s tekućinom.

-Coulomblovo trenje

Kulonovo trenje uvijek se suprotstavlja gibanju tijela i dijeli se na dvije vrste trenja: statičko trenje i kinetičko (ili dinamičko) trenje.

Kod statičkog trenja nema kretanja tijela o površini. Primijenjena sila je vrlo mala i nedovoljna za prevladavanje sile trenja. Trenje ima maksimalnu vrijednost proporcionalnu normalnoj sili i naziva se statičkom silom trenja F _re.

Sila statičkog trenja definirana je kao maksimalna sila koja odolijeva pokretu tijela. Kad primijenjena sila premaši statičku silu trenja, ona ostaje na maksimalnoj vrijednosti.

Kinetičko trenje djeluje kada je tijelo već u pokretu. Sila potrebna da bi se tijelo kretalo trenjem naziva se kinetička sila trenja F _rc.

Sila kinetičkog trenja manja je ili jednaka sili statičkog trenja, jer kad se tijelo počne kretati, lakše je nastaviti kretati nego pokušati to raditi u mirovanju.

Coulomovi zakoni trenja

1. Sila trenja izravno je proporcionalna sili normalnoj na dodirnu površinu. Konstanta proporcionalnosti je koeficijent trenja μ koji postoji između dodirnih površina.
2. Sila trenja ne ovisi o veličini prividnog dodirnog područja između površina.
3. Kinetička sila trenja neovisna je o brzini klizanja tijela.

-Trkovanje trenja

Trenje se javlja i kada se tijela kreću u dodiru s tekućim ili plinovitim materijalima. Ova vrsta trenja naziva se trenje tekućine i definira se kao otpornost na kretanje tijela u dodiru s nekom tekućinom.

Trenje tekućine također se odnosi na otpornost fluida na dodir u dodiru sa slojevima tekućine od istog ili različitog materijala, a ovisi o brzini i viskoznosti tekućine. Viskoznost je mjera otpornosti na kretanje neke tekućine.

-Izvodi trenje

Stokes trenje je vrsta trenja tekućine u kojoj sferne čestice uronjene u viskoznu tekućinu, u laminarnom protoku, doživljavaju silu trenja koja usporava njihovo kretanje zbog fluktuacija u molekulama tekućine.

Stokes trenje

Tok je laminantan kada su viskozne sile, koje se suprotstavljaju gibanju fluida, veće od inercijalnih sila i fluid se kreće s dovoljno malom brzinom i u pravokutnom putu.

Koeficijenti trenja

Prema Coulomb-ovom prvom zakonu trenja, koeficijent trenja μ dobiva se iz odnosa sile trenja i sile normalne na dodirnu površinu.

Koeficijent μ je bezdimenzijska količina, jer je odnos dviju sila, što ovisi o prirodi i načinu obrade materijala u kontaktu. Vrijednost koeficijenta trenja općenito je između 0 i 1.

Koeficijent statičkog trenja

Koeficijent statičkog trenja je konstanta proporcionalnosti koja postoji između sile koja sprečava kretanje tijela u stanju mirovanja na dodirnoj površini i sile normalne na površinu.

Kinetički koeficijent trenja

Koeficijent kinetičkog trenja je konstanta proporcionalnosti koja postoji između sile koja ograničava kretanje tijela koje se kreće po površini i sile normalne na površinu.

Koeficijent statičkog trenja veći je od koeficijenta kinetičkog trenja.

Koeficijent elastičnog trenja

Elastični koeficijent trenja proizlazi iz trenja između dodirnih površina elastičnih, mekanih ili grubih materijala koji se deformiraju primijenjenim silama. Trenje se protivi relativnom kretanju između dvije elastične površine, a pomak je popraćen elastičnom deformacijom površinskih slojeva materijala.

Koeficijent trenja koji se dobiva u tim uvjetima ovisi o stupnju hrapavosti površine, fizičkim svojstvima materijala u dodiru i veličini tangencijalne komponente smicarske sile na sučelju materijala.

Koeficijent trenja molekula

Molekularni koeficijent trenja dobiva se iz sile koja ograničava kretanje čestice koja klizi po glatkoj površini ili kroz fluid.

Kako se izračunava trenje?

Sila trenja na čvrstim sučeljima izračunava se pomoću jednadžbe F _r = μN

Zamjena jednadžbe težine u jednadžbi sile trenja daje:

Karakteristike normalnog

Kada se objekt odmori na ravnoj površini, normalna sila je ona koju djeluje na površini tijela i suprotstavlja se sili zbog gravitacije, prema Newtonovom zakonu djelovanja i reakcije.

Normalna sila uvijek djeluje okomito na površinu. Na nagnutoj površini normala opada kako se nagnuti kut povećava i upućuje u okomitom smjeru od površine, dok težina usmjerava okomito prema dolje. Jednadžba normalne sile na nagnutu površinu iznosi:

θ = kut nagiba kontaktne površine.

Nagnuto ravninsko trenje

Sastavni dio sile koja djeluje na tijelo da klizi:

Kako se primijenjena sila povećava, približava se maksimalnoj vrijednosti sile trenja, to je vrijednost koja odgovara statičkoj sili trenja. Kad je F = F _re, statička sila trenja je:

A koeficijent statičkog trenja dobije se tangentom kuta nagiba θ.

Riješene vježbe

- sila trenja objekta koji se naslanja na vodoravnu površinu

Kutiju od 15 kg postavljenu na vodoravnu površinu gura osoba koja primjenjuje silu od 50 Newtona preko površine kako bi se pomaknuo, a zatim primjenjuje silu od 25 N da bi se kutija kretala konstantnom brzinom. Odredite koeficijente statičkog i kinetičkog trenja.

Kutija se kreće po vodoravnoj površini

Rješenje: S vrijednošću sile koja se primjenjuje za pomicanje kutije dobiva se koeficijent statičkog trenja μ _e.

Normalna sila N na površinu jednaka je težini kutije, pa je N = mg

U ovom slučaju, μ _e = 50New / 147New

Sila koja se primjenjuje za održavanje brzine kutije konstantnom je kinetička sila trenja jednaka 25New.

Koeficijent kinetičkog trenja dobiva se jednadžbom μ _c = F _rc / N

-Stanka trenja predmeta pod djelovanjem sile s kutom nagiba

Čovjek primjenjuje silu na kutiju od 20 kg, s kutom primjene od 30 ° u odnosu na površinu na kojoj počiva. Kolika je sila sile koja se primjenjuje za pomicanje kutije ako je koeficijent trenja između kutije i površine 0,5?

Rješenje: Dijagram slobodnog tijela predstavlja primijenjenu silu i njene vertikalne i horizontalne komponente.

Dijagram slobodnog tijela

Primijenjena sila čini kut od 30 ° s vodoravnom površinom. Okomita komponenta sile dodaje normalnoj sili koja utječe na silu statičkog trenja. Kutija se pomiče kada horizontalna komponenta primijenjene sile premašuje maksimalnu vrijednost sile trenja F _re. Izjednačavanje horizontalne komponente sile s statičkim trenjem daje:

normalna snaga

Normalna sila više nije težina tijela zbog vertikalne komponente sile.

Prema Newtonovom drugom zakonu, zbroj sila koje djeluju na kutiju na okomitu os iznosi nulu, pa je vertikalna komponenta ubrzanja _y = 0. Normalna sila dobiva se iz zbroja

Zamjenom jednadžbe u jednadžbu dobiva se sljedeće:

- Trenje u vozilu u pokretu

Vozilo od 1,5 tona kreće ravnom i vodoravnom cestom brzinom od 70 km / h. Vozač na određenoj udaljenosti vidi prepreke na cesti koje ga prisiljavaju da oštro koči. Nakon kočenja, vozilo klizi kratko vrijeme dok se ne zaustavi. Ako je koeficijent trenja gume i ceste 0,7; odrediti sljedeće:

1. Kolika je vrijednost trenja dok vozilo klizi?
2. Usporavanje vozila
3. Udaljenost koju vozilo pređe od kočenja do zaustavljanja.

Sila trenja vozila kada klizi je:

= 10290 Novo

Odjeljak b

Sila trenja utječe na usporavanje vozila prilikom sklizanja.

Primjenom Newtonovog drugog zakona vrijednost usporavanja dobiva se rješavanjem za jednadžbu F = ma

Odjeljak c

Početna brzina vozila je v ₀ = 70Km / h = 19,44m / s

Kada se vozilo zaustavi, njegova konačna brzina je v _f = 0, a usporavanje je = - 6,86m / s ²

Udaljenost koju vozilo pređe, od kočenja do zaustavljanja, dobiva se rješavanjem za d iz sljedeće jednadžbe:

Vozilo prijeđe 27,54m udaljenosti prije zaustavljanja.

1. Izračunavanje koeficijenta trenja u uvjetima elastičnog kontakta. Mikhin, N M. 2, 1968, Sovjetska nauka o materijalima, svezak 4, str. 149-152.
2. Blau, P J. Nauka i tehnologija trenja. Florida, SAD: CRC Press, 2009.
3. Odnos sila adhezije i trenja. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung i Yoshizawa, H. 11, 1994, časopis o adhezijskoj znanosti i tehnologiji, svezak 8, str. 1231-1249.
4. Zimba, J. Sila i kretanje. Baltimore, Maryland: The Johns Hopkins University Press, 2009.
5. Bhushan, B. Načela i primjene tribologije. New York: John Wiley i sinovi, 1999.
6. Sharma, CS i Purohit, K. Teorija mehanizama i strojeva. New Delhi: Prentice Hall u Indiji, 2006.