TŘENÍ: TYPY, KOEFICIENTY, VÝPOČET, CVIČENÍ - FYZICKÝ - 2025

Tření je odpor k pohybu povrchu je v kontaktu s jiným. Jde o povrchový jev, který se vyskytuje mezi pevnými, kapalnými a plynnými materiály. Odolnost síla tangenciální ke dvěma povrchy v kontaktu, který je proti směru relativního posunutí mezi uvedenými povrchy, se také nazývá třecí síla nebo třecí síly F _r.

K přemístění pevného tělesa na povrch musí být použita vnější síla, která může překonat tření. Když se tělo pohybuje, působí třecí síla na tělo, zpomaluje ho a může dokonce zastavit.

Tření

Třecí síla může být graficky znázorněna silovým diagramem tělesa, které je v kontaktu s povrchem. V tomto diagramu je třecí síla F _r vynesena proti součásti síly působící na tečnou plochu těla.

Kontaktní plocha vyvíjí na tělo reakční sílu zvanou normální síla N. V některých případech je normální síla způsobena pouze hmotností P těla spočívajícího na povrchu a v jiných případech je to způsobeno působením jiných sil, než je gravitační síla.

Tření nastává, protože mezi dotykovými povrchy jsou mikroskopické nerovnosti. Při pokusu o posunutí jedné plochy nad druhou dochází k tření mezi drsnostmi, které brání volnému pohybu na rozhraní. Na druhé straně dochází ke ztrátám energie ve formě tepla, které se nepoužívá k pohybu těla.

Druhy tření

Existují dva hlavní typy tření: tření Coulomb nebo suché tření a tření tekutiny.

- Třecí tlak

Coulombovy tření je vždy proti pohybu těles a je rozděleno na dva typy tření: statické tření a kinetické (nebo dynamické) tření.

Při statickém tření nedochází k pohybu těla po povrchu. Použitá síla je velmi nízká a nestačí k překonání třecí síly. Tření má maximální hodnotu, která je úměrná normální síle a nazývá se statická třecí síla F _re.

Síla statického tření je definována jako maximální síla, která odolává začátku pohybu těla. Když aplikovaná síla překročí statickou třecí sílu, zůstává na své maximální hodnotě.

Kinetické tření působí, když je tělo již v pohybu. Síla potřebná k udržení těla v pohybu třením se nazývá kinetická třecí síla F _rc.

Kinetická třecí síla je menší nebo stejná jako statická třecí síla, protože jakmile se tělo začne pohybovat, je snazší se pohybovat, než se o to pokoušet v klidu.

Coulombovy zákony tření

1. Třecí síla je přímo úměrná síle kolmé na kontaktní plochu. Konstanta proporcionality je součinitel tření μ, který existuje mezi dotykovými povrchy.
2. Třecí síla je nezávislá na velikosti zdánlivé kontaktní plochy mezi povrchy.
3. Kinetická třecí síla je nezávislá na kluzné rychlosti těla.

-Fluidní tření

Tření také nastává, když se těla pohybují ve styku s kapalnými nebo plynnými materiály. Tento typ tření se nazývá tekuté tření a je definován jako odpor vůči pohybu těl v kontaktu s tekutinou.

Tření tekutiny také označuje odpor tekutiny k proudění ve styku s vrstvami tekutiny ze stejného nebo jiného materiálu a je závislý na rychlosti a viskozitě tekutiny. Viskozita je míra odporu vůči pohybu tekutiny.

-Stokes tření

Stokesové tření je typ tření tekutiny, ve kterém sférické částice ponořené do viskózní tekutiny, v laminárním proudu, zažívají třecí sílu, která zpomaluje jejich pohyb v důsledku kolísání molekul tekutiny.

Stokes tření

Tok je laminární, když jsou viskózní síly, které brání pohybu tekutiny, větší než setrvačné síly a tekutina se pohybuje dostatečně malou rychlostí a přímočarou cestou.

Koeficienty tření

Podle Coulombova prvního zákona tření je koeficient tření μ získán ze vztahu mezi třecí silou a silou kolmou na kontaktní plochu.

Koeficient μ je bezrozměrná veličina, protože jde o vztah mezi dvěma silami, který závisí na povaze a zpracování materiálů v kontaktu. Obecně je hodnota koeficientu tření mezi 0 a 1.

Statický koeficient tření

Koeficient statického tření je konstanta proporcionality, která existuje mezi silou, která zabraňuje pohybu těla ve stavu klidu na kontaktní ploše, a silou kolmou na povrch.

Kinetický koeficient tření

Koeficient kinetického tření je konstanta proporcionality, která existuje mezi silou, která omezuje pohyb těla pohybujícího se po povrchu, a silou kolmou na povrch.

Koeficient statického tření je větší než koeficient kinetického tření.

Elastický koeficient tření

Elastický součinitel tření je odvozen od tření mezi styčnými povrchy elastických, měkkých nebo drsných materiálů, které jsou deformovány působením sil. Tření je proti relativnímu pohybu mezi dvěma elastickými povrchy a posun je doprovázen elastickou deformací povrchových vrstev materiálu.

Koeficient tření získaný za těchto podmínek závisí na stupni drsnosti povrchu, fyzikálních vlastnostech kontaktovaných materiálů a velikosti tangenciální složky střižné síly na rozhraní materiálů.

Koeficient molekulárního tření

Molekulový koeficient tření je získán ze síly, která omezuje pohyb částice, která klouže po hladkém povrchu nebo tekutinou.

Jak se počítá tření?

Třecí síla na pevných rozhraních se vypočítá pomocí rovnice F _r = μN

Nahrazení rovnice hmotnosti v rovnici třecí síly dává:

Vlastnosti normálu

Když je předmět v klidu na rovném povrchu, normální síla je síla, která působí povrchem na tělo, a podle Newtonova zákona o akci a reakci je proti síle způsobené gravitací.

Normální síla působí vždy kolmo k povrchu. Na nakloněné ploše se normální zmenšuje se zvětšujícím se úhlem sklonu a směřuje ve svislém směru od povrchu, zatímco hmotnost směřuje svisle dolů. Rovnice normální síly na nakloněné ploše je:

θ = úhel sklonu kontaktní plochy.

Nakloněné rovinné tření

Složka síly působící na tělo, které ji posouvá, je:

Když se aplikovaná síla zvyšuje, přibližuje se maximální hodnotě třecí síly, tato hodnota je hodnota odpovídající statické třecí síle. Když F = F _re, statická třecí síla je:

Koeficient statického tření je získán tangensem úhlu sklonu 9.

Řešená cvičení

- Třecí síla předmětu spočívajícího na vodorovném povrchu

15 kg krabici umístěnou na vodorovném povrchu tlačí osoba, která aplikuje sílu 50 Newtonů podél povrchu, aby se pohybovala, a poté aplikuje sílu 25 N, aby udržovala krabici v pohybu konstantní rychlostí. Určete koeficienty statického a kinetického tření.

Krabice pohybující se na vodorovném povrchu

Řešení: S hodnotou síly působící na pohyb skříně _{se získá} koeficient statického tření μ _e.

Normální síla N na povrch se rovná hmotnosti krabice, takže N = mg

V tomto případě μ _e = 50Nový / 147Nový

Síla použitá k udržení konstantní rychlosti skříně je kinetická třecí síla, která se rovná 25Nové.

Koeficient kinetického tření se získá rovnicí μ _c = F _rc / N

- Třecí síla předmětu působením síly s úhlem sklonu

Muž aplikuje sílu na 20 kg krabici, s úhlem působení 30 ° vzhledem k povrchu, na kterém spočívá. Jaká je velikost síly působící na pohyb skříně, pokud je koeficient tření mezi skříní a povrchem 0,5?

Řešení: Schéma volného těla představuje aplikovanou sílu a její vertikální a horizontální komponenty.

Diagram volného těla

Použitá síla svírá s vodorovnou plochou úhel 30 °. Svislá složka síly zvyšuje normální sílu ovlivňující sílu statického tření. Krabice se pohybuje, když horizontální složka aplikované síly překročí maximální hodnotu třecí síly F _re. Vyrovnáním horizontální složky síly se statickým třením se získá:

normální síla

Normální síla již není hmotností těla díky svislé složce síly.

Podle Newtonova druhého zákona je součet sil působících na skříňku na svislé ose nulový, proto vertikální složka zrychlení je _y = 0. Normální síla se získá ze součtu

Nahrazením rovnice do rovnice se získá:

-Frakce v jedoucím vozidle

1.5tunové vozidlo jede po přímé a vodorovné silnici rychlostí 70 km / h. Řidič vidí překážky na silnici v určité vzdálenosti, která ho nutí prudce zabrzdit. Po brzdění vozidlo krátce sklouzne, až se zastaví. Pokud je koeficient tření mezi pneumatikami a vozovkou 0,7; určit následující:

1. Jaká je hodnota tření při smyku vozidla?
2. Zpomalení vozidla
3. Vzdálenost ujetá vozidlem od brzdění po zastavení.

Třecí síla vozidla při smyku je:

= 10290 Nové

Sekce b

Třecí síla ovlivňuje zpomalení vozidla, když se klouže.

Použitím Newtonova druhého zákona se hodnota zpomalení získá vyřešením rovnice F = ma

Oddíl c

Počáteční rychlost vozidla je v ₀ = 70 Km / h = 19,44 m / s

Když vozidlo zastaví, jeho konečná rychlost je v _f = 0 a zpomalení je a = - 6,86 m / s ²

Vzdálenost ujetá vozidlem od okamžiku, kdy se zabrzdí do okamžiku, kdy se zastaví, se získá řešením pro d z následující rovnice:

Před zastavením vozidlo projede 27,54 m vzdálenosti.

1. Výpočty součinitele tření za elastických kontaktních podmínek. Mikhin, N. M. 2, 1968, Soviet Materials Science Science, sv. 4, str. 149-152.
2. Blau, P J. Friction Science and Technology. Florida, USA: CRC Press, 2009.
3. Vztah mezi adhezními a třecími silami. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung a Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, sv. 8, str. 1231-1249.
4. Zimba, J. Force and Motion. Baltimore, Maryland: Johns Hopkins University Press, 2009.
5. Bhushan, B. Principy a aplikace tribologie. New York: John Wiley and Sons, 1999.
6. Sharma, CS a Purohit, K. Teorie mechanismů a strojů. Nové Dillí: Indická Prentice Hall, 2006.