Trenje je pojav, s katerim se v vsakdanjem življenju srečujemo ves čas. Nemogoče je ugotoviti, ali je trenje škodljivo ali koristno. Na spolzkem ledu se zdi, da je težka naloga, hoja po grobem asf altu je užitek. Avtodeli brez mazanja se obrabijo veliko hitreje.
Študija trenja, poznavanje njegovih osnovnih lastnosti omogoča človeku, da ga uporablja.
Sila trenja v fiziki
Sila, ki nastane pri gibanju ali poskusu premika enega telesa po površini drugega, usmerjena proti smeri gibanja, ki deluje na gibljiva telesa, se imenuje sila trenja. Modul sile trenja, katerega formula je odvisna od številnih parametrov, se razlikuje glede na vrsto upora.
Ločimo naslednje vrste trenja:
• počitek;
• spodrsljaj;
• valjanje.
Vsak poskus premika težkega predmeta (omarice, kamna) z njegovega mesta vodi v napetost človekove moči. Hkrati pa ni vedno mogoče predmeta spraviti v gibanje. Trenje počitka moti to.
Stanje mirovanja
Formula za izračun za silo statičnega trenjane omogoča dovolj natančno določiti. Na podlagi Newtonovega tretjega zakona je velikost statične uporne sile odvisna od uporabljene sile.
Ko se sila povečuje, raste tudi sila trenja.
0 < Fpočitek < Fmax
Trenje mirovanja preprečuje izpadanje žebljev, zabitih v les; gumbi, našiti z nitjo, so trdno pritrjeni. Zanimivo je, da je odpor počitka tisti, ki človeku omogoča hojo. Poleg tega je usmerjen v smer človeškega gibanja, kar je v nasprotju s splošnim stanjem stvari.
drsni fenomen
Ko zunanja sila, ki premika telo, naraste na vrednost največje sile statičnega trenja, se začne premikati. Sila drsnega trenja se upošteva pri drsenju enega telesa po površini drugega. Njegova vrednost je odvisna od lastnosti medsebojno delujočih površin in sile navpičnega delovanja na površino.
Izračunska formula za silo drsnega trenja: F=ΜP, kjer je Μ koeficient sorazmernosti (drsno trenje), P je sila navpičnega (normalnega) tlaka.
Ena od gonilnih sil je sila drsnega trenja, katere formula je zapisana z uporabo reakcijske sile podpore. Zaradi izpolnjevanja tretjega Newtonovega zakona sta sili normalnega tlaka in reakcija nosilca enaki po velikosti in nasprotni smeri: Р=N.
Preden najdete silo trenja, katere formula ima drugačno obliko (F=M N), določite reakcijsko silo.
Koeficient drsnega upora je eksperimentalno uveden za dve drgljivi površini, odvisen je od kakovosti njune obdelave in materiala.
Tabela. Vrednost koeficienta upora za različne površine
| pp | medsebojne površine | Vrednost koeficienta drsnega trenja |
| 1 | Jeklo+led | 0, 027 |
| 2 | hrast+hrast | 0, 54 |
| 3 | usnje+lito železo | 0, 28 |
| 4 | Bron+železo | 0, 19 |
| 5 | Bron+lito železo | 0, 16 |
| 6 | Jeklo+jeklo | 0, 15 |
Največjo silo statičnega trenja, katere formula je bila zapisana zgoraj, lahko določimo na enak način kot silo drsnega trenja.
To postane pomembno pri reševanju problemov za določanje jakosti upora pri vožnji. Na primer, knjiga, ki jo premikamo z roko, pritisnjeno od zgoraj, drsi pod delovanjem uporne sile mirovanja, ki nastane med roko in knjigo. Količina upora je odvisna od vrednosti navpične sile pritiska na knjigo.
Fenomen valjanja
Prehod naših prednikov z vleke na voz velja za revolucionarno. Izum kolesa je največji izum človeštva. Trenje kotaljenja, ki nastane, ko se kolo premika po površini, je po velikosti bistveno manjše od drsnega upora.
Pojav kotalnih sil trenja je povezan s silami normalnega pritiska koles na površino, ima naravo, ki jo razlikuje od drsenja. Zaradi rahle deformacije kolesa nastanejo različne tlačne sile v središču oblikovanega območja in vzdolž njegovih robov. Ta razlika v silah določa pojav kotalnega upora.
Izračunska formula za silo kotalnega trenja se običajno vzame podobno kot pri drsnem procesu. Razlika je vidna le v vrednostih koeficienta upora.
Narava upora
Ko se spremeni hrapavost drgnih površin, se spremeni tudi vrednost sile trenja. Pri veliki povečavi sta dve površini v stiku videti kot izbokline z ostrimi vrhovi. Ko so naloženi, so štrleči deli telesa v stiku drug z drugim. Skupna površina stika je nepomembna. Pri premikanju ali poskusu premikanja teles "vrhovi" ustvarjajo upor. Velikost sile trenja ni odvisna od površine kontaktnih površin.
Zdi se, da dve popolnoma gladki površini ne bi smeli imeti nobenega upora. V praksi je sila trenja v tem primeru največja. To neskladje je razloženo z naravo izvora sil. To so elektromagnetne sile, ki delujejo med atomi medsebojno delujočih teles.
Mehanski procesi, ki jih v naravi ne spremlja trenje, so nemogoči, ker je sposobnost "izklopa"med nabitimi telesi ni električne interakcije. Neodvisnost upornih sil od medsebojnega položaja teles nam omogoča, da jih imenujemo ne-potencialne.
Zanimivo je, da je sila trenja, katere formula se spreminja glede na hitrost medsebojno delujočih teles, sorazmerna s kvadratom ustrezne hitrosti. Ta sila vključuje silo viskoznega upora v tekočini.
Gibanje v tekočini in plinu
Premikanje trdnega telesa v tekočini ali plinu, tekočini v bližini trdne površine spremlja viskozni upor. Njegov pojav je povezan z interakcijo tekočinskih plasti, ki jih trdno telo zajame v procesu gibanja. Različne hitrosti plasti so vir viskoznega trenja. Posebnost tega pojava je odsotnost statičnega trenja tekočine. Ne glede na obseg zunanjega vpliva se telo začne premikati v tekočini.
Odvisno od hitrosti gibanja je uporna sila določena s hitrostjo gibanja, obliko premikajočega se telesa in viskoznostjo tekočine. Gibanje v vodi in olju istega telesa spremlja upor različnih velikosti.
Za nizke hitrosti: F=kv, kjer je k faktor sorazmernosti, odvisen od linearnih dimenzij telesa in lastnosti medija, v je hitrost telesa.
Temperatura tekočine vpliva tudi na trenje v njej. V mrzlem vremenu se avtomobil ogreje, tako da se olje segreje (njegova viskoznost se zmanjša) in pomaga zmanjšati uničenje delov motorja v stiku.
Hitro pomik
Občutno povečanje hitrosti telesa lahko povzroči nastanek turbulentnih tokov, medtem ko se upor dramatično poveča. Vrednosti so: kvadrat hitrosti gibanja, gostota medija in površina telesa. Formula sile trenja ima drugačno obliko:
F=kv2, kjer je k faktor sorazmernosti, odvisen od oblike telesa in lastnosti medija, v je hitrost telesa.
Če je telo poenostavljeno, se lahko turbulenca zmanjša. Oblika telesa delfinov in kitov je odličen primer naravnih zakonov, ki vplivajo na hitrost živali.
energetski pristop
Delo premikanja telesa ovira upor okolja. Pri uporabi zakona o ohranjanju energije pravijo, da je sprememba mehanske energije enaka delu sil trenja.
Delo sile se izračuna po formuli: A=Fscosα, kjer je F sila, pod katero se telo premakne za razdaljo s, α je kot med smerema sile in premika.
Očitno je uporna sila nasprotna gibanju telesa, od koder je cosα=-1. Delo sile trenja, katere formula je Atr=- Fs, je vrednost negativna. V tem primeru se mehanska energija pretvori v notranjo energijo (deformacija, segrevanje).
