Fenomen trenja v človeškem življenju ima tako pozitivno kot negativno vlogo. Po eni strani bi bilo brez njegove prisotnosti gibanje nemogoče, po drugi strani pa zaradi trenja pride do velikih izgub energije in delovnih materialov. V članku bomo z vidika fizike obravnavali, kaj je trenje, pa tudi kako najti koeficient trenja.
Fenomen trenja
Trenje je kontaktni pojav, ki se pojavi v območju stika med različnimi telesi in ki preprečuje vsako njihovo medsebojno gibanje.
V mehaniki gibanja trdnih snovi ločimo tri vrste trenja:
- delovanje v mirovanju;
- delovanje med drsenjem ploskov ena čez drugo;
- povzročena zaradi kotajočih se teles.
Trenje v mirovanju se pojavi, ko na površino na telesu uporabimo zunanjo tangencialno silo, da jo premaknemo. Osupljiv primer drsnega trenja je drsenje smuči po snegu. Končno, trenje med valjanjemse pokaže, ko se kolo vozila kotali po cesti.
Formula za določanje sile trenja
V fiziki so navedene vrste trenja opisane z isto formulo pri izračunu delujočih sil. Ta formula izgleda takole:
Ft=µN.
Sila trenja Ft je enaka zmnožku koeficienta trenja µ in podporne reakcije N. Pri upoštevanju ustrezne vrste trenja je le vrednost koeficienta µ, ki je brezrazsežna količina, se spreminja.
V primeru statičnih in drsnih sil trenja je vrednost µ približno desetinke enote. µ je odvisen od kontaktnih materialov, od njihove hrapavosti površine in ni odvisen od kontaktne površine ali hitrosti drsenja.
Za kotalno trenje je koeficient µ (običajno ga označujemo CR) odvisen od elastičnih lastnosti kotalnega telesa, od njegove trdote, od polmera valjanja in nekaterih drugih dejavniki. Za večino materialov je ta kotalni faktor v stotinkah in tisočinkah enote.
Ker obstaja veliko dejavnikov, ki vplivajo na vrednost µ, ni dokončne matematične formule za njen izračun. Na vprašanje, kako najti koeficient trenja, je treba reči, da se meri eksperimentalno.
Določanje koeficienta µ
V tem odstavku bomo obravnavali dva načina praktičnega določanja vrednosti µ na primeru drsnega in mirnega trenja.
Prvi način za odgovor na vprašanje, kako najti koeficient trenja,sestoji iz postavitve palice na vodoravno ravnino, na katero je pritrjen dinamometer. Palica in ravnina sta izdelana iz preučenega para materialov, na primer stekla in lesa. Z enakomernim premikanjem palice in držanjem dinamometra lahko določite drsno silo Ft. Če poznamo maso m palice, se koeficient µ izračuna na naslednji način:
µ=Ft / (mg).
Druga metoda je primerna za določanje µ za statično trenje. Če želite to narediti, morate postaviti palico na vodoravno ravnino. Nato je treba en konec letala počasi dvigniti in ga nagniti pod določenim kotom proti obzorju. Pod določenim kotom θ bo palica začela drseti s površine. Z merjenjem tega kota je mogoče določiti koeficient trenja µ iz enačbe:
µ=tg(θ).
Merjenje µ za kotalno trenje vključuje uporabo bolj izpopolnjene nastavitve, imenovane nagnjeno nihalo. Izračun µ v tem primeru izvedemo s preučevanjem enačb dinamike gibanja.
