TRENJE: VRSTE, KOEFICIENT, IZRAČUN, VAJE - FIZIČNO - 2025

Trenje je odpornost na gibanje površine v stiku z drugo. Gre za površinski pojav, ki se pojavlja med trdnimi, tekočimi in plinastimi materiali. Sila upora, tangencialna na dve površini v stiku, ki nasprotuje smeri relativnega premika med omenjenimi površinami, se imenuje tudi sila trenja ali sila trenja F _r .

Za premik trdnega telesa na površino je treba uporabiti zunanjo silo, ki lahko premaga trenje. Ko se telo premika, sila trenja deluje na telo, ga upočasni in lahko celo ustavi.

Trenje

Sile trenja lahko grafično predstavimo s diagramom sile telesa, ki je v stiku s površino. V tem diagramu je sila trenja F _r narisana nasproti komponenti sile, ki deluje na telo tangencialno na površino.

Kontaktna površina deluje na telo reakcijske sile, ki se imenuje normalna sila N. V nekaterih primerih je normalna sila posledica le teže P telesa, ki počiva na površini, v drugih primerih pa je posledica uporabljenih sil, ki niso sila gravitacije.

Trenje se pojavi, ker obstajajo mikroskopske hrapavosti med površinami, ki so v stiku. Pri poskusu premikanja ene površine nad drugo se med hrapavostmi, ki preprečujejo prosto gibanje na vmesniku, pojavi trenje. Po drugi strani se izgube energije pojavijo v obliki toplote, ki se ne uporablja za premikanje telesa.

Vrste trenja

Obstajata dve glavni vrsti trenja: Kulonovo trenje ali suho trenje in tekoče trenje.

-Coulombno trenje

Kulonsko trenje vedno nasprotuje gibanju teles in je razdeljeno na dve vrsti trenja: statično trenje in kinetično (ali dinamično) trenje.

Pri statičnem trenju ni gibanja telesa po površini. Aplicirana sila je zelo nizka in premajhna za premagovanje sile trenja. Trenje ima največjo vrednost, ki je sorazmerna normalni sili in se imenuje statična sila trenja F _re .

Sila statičnega trenja je opredeljena kot največja sila, ki se upira začetku gibanja telesa. Ko uporabljena sila preseže statično silo trenja, ostane pri svoji največji vrednosti.

Kinetično trenje deluje, ko je telo že v gibanju. Sila, potrebna za gibanje telesa s trenjem, se imenuje kinetična sila trenja F _rc .

Sila kinetičnega trenja je manjša ali enaka sili statičnega trenja, ker ko se telo začne gibati, je lažje nadaljevati gibanje, kot če ga poskušamo izvajati v mirovanju.

Coulomovi zakoni trenja

1. Sila trenja je sorazmerna s silo, normalno na kontaktno površino. Konstanta sorazmernosti je koeficient trenja μ, ki obstaja med površinami, ki so v stiku.
2. Sila trenja ni odvisna od velikosti navideznega stičnega območja med površinami.
3. Kinetična sila trenja je neodvisna od hitrosti drsenja telesa.

-Testno trenje

Trenje se pojavi tudi, ko se telesa premikajo v stiku s tekočimi ali plinastimi materiali. Ta vrsta trenja se imenuje trenje tekočine in je opredeljeno kot odpornost na gibanje teles, ki so v stiku s tekočino.

Fluidno trenje se nanaša tudi na odpornost tekočine, da teče v stiku s plastmi tekočine istega ali drugačnega materiala, in je odvisna od hitrosti in viskoznosti tekočine. Viskoznost je merilo odpornosti proti gibanju tekočine.

-Zadeva trenje

Stokesovo trenje je vrsta trenja v tekočini, pri katerem sferični delci, potopljeni v viskozno tekočino, v laminarnem toku doživljajo silo trenja, ki upočasni njihovo gibanje zaradi nihanj v molekulah tekočine.

Stokes trenje

Tok je laminaren, ko so viskozne sile, ki nasprotujejo gibanju tekočine, večje od inercialnih sil in se tekočina giblje z dovolj majhno hitrostjo in v pravokotni poti.

Koeficienti trenja

Po prvem Coulombovem zakonu trenja koeficient trenja μ dobimo iz razmerja med silo trenja in silo, ki je normalna na kontaktno površino.

Koeficient μ je brezdimenzijska količina, saj gre za razmerje med dvema silama, ki je odvisno od narave in obdelave materialov v stiku. Na splošno je vrednost koeficienta trenja med 0 in 1.

Koeficient statičnega trenja

Koeficient statičnega trenja je stalnica sorazmernosti, ki obstaja med silo, ki preprečuje gibanje telesa v stanju počitka na kontaktni površini, in silo, ki je normalna na površino.

Kinetični koeficient trenja

Koeficient kinetičnega trenja je stalnica sorazmernosti, ki obstaja med silo, ki omejuje gibanje telesa, ki se giblje po površini, in silo, ki je normalna na površino.

Koeficient statičnega trenja je večji od koeficienta kinetičnega trenja.

Koeficient elastičnega trenja

Elastični koeficient trenja izhaja iz trenja med kontaktnimi površinami elastičnih, mehkih ali grobih materialov, ki se deformirajo z uporabljenimi silami. Trenje nasprotuje sorazmernemu gibanju med dvema elastičnima površinama, premik pa spremlja elastična deformacija površinskih plasti materiala.

Koeficient trenja, ki ga dobimo v teh pogojih, je odvisen od stopnje hrapavosti površine, fizikalnih lastnosti materialov, ki so v stiku, in velikosti tangencialne komponente strižne sile na vmesniku materialov.

Molekularni koeficient trenja

Molekularni koeficient trenja dobimo iz sile, ki omejuje gibanje delca, ki drsi po gladki površini ali skozi tekočino.

Kako se izračuna trenje?

Sila trenja na trdnih vmesnikih se izračuna z enačbo F _r = μN

Če zamenjamo enačbo teže v enačbi sile trenja, dobimo:

Značilnosti normalnega

Kadar predmet počiva na ravni površini, je normalna sila tista, ki jo deluje na telesu, in nasprotuje sili zaradi gravitacije, po Newtonovem zakonu delovanja in reakcije.

Normalna sila vedno deluje pravokotno na površino. Na nagnjeni površini se normala zmanjša, ko se nagibni kot povečuje in kaže v pravokotni smeri stran od površine, teža pa navpično navzdol. Enačba normalne sile na nagnjeni površini je:

θ = kot naklona kontaktne površine.

Nagnjeno ravninsko trenje

Sestavni del sile, ki deluje na telo, da drsi, je:

Ko se uporabljena sila poveča in se približa največji vrednosti sile trenja, je ta vrednost enaka statični sili trenja. Ko je F = F _re , je statična sila trenja:

In koeficient statičnega trenja dobimo s tangento kota naklona θ.

Rešene vaje

-Frična sila predmeta, ki počiva na vodoravni površini

Škatlo s 15 kilogrami, nameščeno na vodoravni površini, potisne oseba, ki na površino pritisne silo 50 Newtonov, da se premakne in nato uporabi silo 25 N, da se škatla giblje s konstantno hitrostjo. Določite koeficiente statičnega in kinetičnega trenja.

Škatla se premika po vodoravni površini

Rešitev: Z vrednostjo sile, ki se uporablja za premikanje škatle, _dobimo koeficient statičnega trenja μ _e .

Normalna sila N na površino je enaka teži škatle, zato je N = mg

V tem primeru je μ _e = 50New / 147New

Sile, ki se uporablja za ohranjanje hitrosti škatle konstantno, je kinetična sila trenja, ki je enaka 25New.

Koeficient kinetičnega trenja dobimo z enačbo μ _c = F _rc / N

-Frična sila predmeta pod vplivom sile s kotom naklona

Moški uporabi silo na 20Kg škatlo s kotom nanašanja 30 ° glede na površino, kjer počiva. Kolikšna je sila sile, ki se uporablja za premikanje škatle, če je koeficient trenja med škatlo in površino 0,5?

Rešitev: Diagram prostega telesa predstavlja uporabljeno silo ter njene navpične in vodoravne komponente.

Diagram prostega telesa

Aplicirana sila naredi kot 30 ° z vodoravno površino. Navpična komponenta sile doda običajni sili, ki vpliva na silo statičnega trenja. Škatla se premakne, ko horizontalna komponenta uporabljene sile preseže največjo vrednost sile trenja F _re . Izenačitev horizontalne komponente sile s statičnim trenjem daje:

Normalna trdnost

Normalna sila ni več teža telesa zaradi navpične komponente sile.

Po Newtonovem drugem zakonu je vsota sil, ki delujejo na polje na navpični osi, enaka nič, zato je navpična komponenta pospeška _y = 0. Iz vsote dobimo normalno silo

Z enačbo enačbe v enačbo dobimo naslednje:

- Trenje v vozilu, ki se giblje

1,5-tonsko vozilo vozi po ravni in vodoravni cesti s hitrostjo 70 km / h. Voznik na cesti opazi ovire na določeni razdalji, ki ga silijo, da močno zavira. Po zaviranju vozilo drsi za kratek čas, dokler se ne ustavi. Če je koeficient trenja med pnevmatikami in cesto 0,7; določite naslednje:

1. Kakšna je vrednost trenja, ko vozilo drsi?
2. Zaviranje vozila
3. Prevožena razdalja vozila od zaviranja do konca ustavljanja.

Sila trenja vozila pri drsanju je:

= 10290 Novo

Oddelek b

Sila trenja vpliva na upočasnitev vozila, ko drsi.

Z uporabo drugega zakona Newtona vrednost pojemka dobimo z reševanjem za enačbo F = ma

Oddelek c

Začetna hitrost vozila je v ₀ = 70Km / h = 19,44m / s

Ko se vozilo ustavi, je njegova končna hitrost v _f = 0 in pojemka je = - 6,86 m / s ²

Razdalja, ki jo prevozi vozilo, od zaviranja do zaustavitve, dobimo z reševanjem za d iz naslednje enačbe:

Pred ustavitvijo vozilo preteče 27,54m razdalje.

1. Izračuni koeficienta trenja v elastičnih kontaktnih pogojih. Mikhin, N M. 2, 1968, Sovjetska veda o materialih, letnik 4, str. 149-152.
2. Blau, P J. Friction Science and Technology. Florida, ZDA: CRC Press, 2009.
3. Razmerje med silami oprijema in trenja. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung in Yoshizawa, H. 11, 1994, Časopis za adhezijsko znanost in tehnologijo, letnik 8, str. 1231-1249.
4. Zimba, J. Sila in gibanje. Baltimore, Maryland: The Johns Hopkins University Press, 2009.
5. Bhushan, B. Načela in uporabe tribologije. New York: John Wiley in sinovi, 1999.
6. Sharma, CS in Purohit, K. Teorija mehanizmov in strojev. New Delhi: Indija Prentice Hall, 2006.