Kako najti koeficient trenja: eksperimentalne metode

2024 Avtor: Angel Austin | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-02 17:55

Trenje je fizični proces, brez katerega samo gibanje v našem svetu ne bi moglo obstajati. V fiziki je za izračun absolutne vrednosti sile trenja treba poznati poseben koeficient za obravnavane površine drgnjenja. Kako najti koeficient trenja? Ta članek bo odgovoril na to vprašanje.

Trenja v fiziki

Preden odgovorimo na vprašanje, kako najti koeficient trenja, je treba razmisliti, kaj je trenje in za kakšno silo je značilno.

V fiziki obstajajo tri vrste tega procesa, ki se zgodi med trdnimi predmeti. To je trenje mirovanja, drsenja in kotaljenja. Trenje se vedno pojavi, ko zunanja sila poskuša premakniti predmet. Drsno trenje, kot pove že ime, se pojavi, ko ena površina drsi čez drugo. Končno se kotalno trenje pojavi, ko se okrogel predmet (kolo, krogla) kotali po neki površini.

Vsem tipom je skupno dejstvo, da preprečujejo vsakogargibanje in točka uporabe njihovih sil je v območju stika med površinama dveh predmetov. Prav tako vse te vrste pretvarjajo mehansko energijo v toploto.

Sile drsenja in statičnega trenja povzročajo mikroskopske hrapavosti na površinah, ki se drgnejo. Poleg tega so te vrste posledica dipol-dipolnih in drugih vrst interakcij med atomi in molekulami, ki tvorijo drgneča telesa.

Vzrok kotalnega trenja je povezan s histerezo elastične deformacije, ki se pojavi na točki stika med kotalnim predmetom in površino.

Sila trenja in koeficient trenja

Vse tri vrste trdnih sil trenja so opisane z izrazi, ki imajo enako obliko. Tukaj je ona:

F_t=µ_tN.

Tukaj je N sila, ki deluje pravokotno na površino telesa. Imenuje se reakcija podpore. Vrednost µ_{t- se imenuje koeficient ustrezne vrste trenja.}

Koeficienti drsnega in mirnega trenja so brezdimenzionalne količine. To je mogoče razumeti, če pogledamo enakost sile trenja in koeficienta trenja. Leva stran enačbe je izražena v newtonih, desna je izražena tudi v newtonih, saj je N sila.

Koeficient kotalnega trenja bo tudi brezdimenzionalna vrednost, vendar je opredeljen kot razmerje med linearno karakteristiko elastične deformacije in polmerom kotalnega predmeta.

Treba je reči, da so tipične vrednosti koeficientov drsnega in mirnega trenja desetinke enote. Za trenjekotaljenje, ta koeficient ustreza stotinki in tisočinki enote.

Kako najti koeficient trenja?

Koeficient µ_{t je odvisen od številnih dejavnikov, ki jih je matematično težko upoštevati. Naštejemo nekaj izmed njih:}

• materiala drgnih površin;
• kakovost površine;
• prisotnost umazanije, vode in tako naprej;
• površinske temperature.

Zato ni formule za µ_t in jo je treba izmeriti eksperimentalno. Da bi razumeli, kako najti koeficient trenja, ga je treba izraziti iz formule za F_{t. Imamo:}

µ_t =F_t/N.

Izkazalo se je, da je za poznavanje µ_{tpotrebno najti silo trenja in podporno reakcijo.}

Ustrezni poskus se izvede na naslednji način:

1. Vzemite na primer telo in letalo, izdelano iz lesa.
2. Pripnite dinamometer na telo in ga enakomerno premikajte po površini.

Hkrati dinamometer kaže neko silo, ki je enaka F_{t. Reakcija tal je enaka teži telesa na vodoravni površini.}

Opisana metoda vam omogoča, da razumete, kakšen je koeficient statičnega in drsnega trenja. Podobno lahko eksperimentalno določite µ_trolling.

Druga eksperimentalna metoda za določanje µ_{t je podana v obliki težave v naslednjem odstavku.}

Težava pri izračunu µt

Lesen tram je na stekleni površini. Z gladkim nagibanjem površine smo ugotovili, da se drsenje žarka začne pod kotom naklona 15o. Kakšen je koeficient statičnega trenja za par les-steklo?

Ko je bil žarek na nagnjeni ravnini pri 15o, je imela preostala sila trenja zanj največjo vrednost. Enako je:

F_t=mgsin(α).

Sila N je določena s formulo:

N=mgcos(α).

Z uporabo formule za µ_{t dobimo:}

µ_t=F_{t/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).}

Če zamenjamo kot α, pridemo do odgovora: µ_{t=0, 27.}