Триенето при плъзгане, по-често наричано кинетично триене, е сила, която се противопоставя на плъзгащото движение на две повърхности, движещи се една след друга. За разлика от тях, статичното триене е вид сила на триене между две повърхности, които се бутат една срещу друга, но не се плъзгат една спрямо друга. (Представете си, че натискате стол, преди той да започне да се плъзга по пода. Силата, която прилагате преди да започне плъзгането, се противопоставя на статичното триене.)
Триенето при плъзгане обикновено включва по-малко съпротивление от статичното триене, поради което често се налага да натискате по-силно, за да накарате даден предмет да започне да се плъзга, отколкото да го държите плъзгащ. Големината на силата на триене е право пропорционална на големината на нормалната сила. Спомнете си, че нормалната сила е силата, перпендикулярна на повърхността, която противодейства на всички други сили, приложени в тази посока.
Константата на пропорционалност е безразмерна величина, наречена коефициент на триене, и тя варира в зависимост от контактните повърхности. (Стойностите за този коефициент обикновено се търсят в таблици.) Коефициентът на триене обикновено се представя с гръцката буква
μс индекскпоказващо кинетично триене. Формулата на силата на триене се дава от:F_f = \ mu_kF_N
КъдетоFне величината на нормалната сила, единиците са в нютони (N) и посоката на тази сила е противоположна на посоката на движение.
Определение на триенето при търкаляне
Съпротивлението при търкаляне понякога се нарича триене при търкаляне, въпреки че то не е точно сила на триене, тъй като не е резултат от две повърхности в контакт, опитващи се да се натиснат една срещу друга. Това е съпротивителна сила в резултат на загуба на енергия поради деформации на търкалящия се обект и повърхността.
Точно както при силите на триене, големината на силата на съпротивление при търкаляне е право пропорционална до величината на нормалната сила, с константа на пропорционалност, която зависи от повърхностите в контакт. Докатоμrпонякога се използва за коефициента, по-често се вижда° Сrr, като уравнението за величината на съпротивлението при търкаляне е следното:
F_r = C_ {rr} F_N
Тази сила действа противоположно на посоката на движение.
Примери за триене при плъзгане и съпротивление при търкаляне
Нека разгледаме пример за триене, включващ динамична количка, намерена в типична класна стая по физика, и да сравним ускорението, с което се движи по метална писта, наклонена на 20 градуса за три различни сценарии:
Сценарий 1:Върху количката не действат сили на триене или съпротивителни сили, докато се търкаля свободно, без да се плъзга по коловоза.
Първо изчертаваме диаграмата на свободното тяло. Силата на гравитацията, насочена право надолу, и нормалната сила, сочеща перпендикулярно на повърхността, са единствените действащи сили.
Уравненията на нетната сила са:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Веднага можем да решим първото уравнение за ускорение и да включим стойности, за да получим отговора:
F_g \ sin {\ theta} = ma \\ \ предполага mg \ sin (\ theta) = ma \\ \ предполага a = g \ sin (\ theta) = 9,8 \ sin (20) = \ в кутия {3.35 \ text { м / с} ^ 2}
Сценарий 2:Съпротивлението при търкаляне действа върху количката, докато се търкаля свободно, без да се плъзга по пистата.
Тук ще приемем коефициент на съпротивление при търкаляне 0,0065, който се основава на пример, намерен в a хартия от американската военноморска академия.
Сега нашата диаграма на свободното тяло включва съпротивление при търкаляне, действащо нагоре по пистата. Нашите уравнения за нетна сила стават:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_r = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
От второто уравнение можем да решим заFн, включете резултата в израза за триене в първото уравнение и решете заа:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ предполага F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) -C_ {rr} F_N = F_g \ sin (\ theta) -C_ {rr} F_g \ cos (\ theta) = ma \\ \ предполага \ отмяна mg \ sin (\ theta) -C_ {rr} \ отмяна mg \ cos (\ theta) = \ отмяна на ma \\ \ предполага a = g (\ sin (\ theta) -C_ {rr} \ cos (\ theta) ) = 9,8 (\ sin (20) -0,0065 \ cos (20)) \\ = \ в кутия {3.29 \ text {m / s} ^ 2}
Сценарий 3:Колелата на количката са заключени на място и тя се плъзга по коловоза, възпрепятствана от кинетично триене.
Тук ще използваме коефициент на кинетично триене от 0,2, което е в средата на диапазона от стойности, обикновено изброени за пластмаса върху метал.
Нашата диаграма на свободното тяло изглежда много подобна на случая на съпротивление при търкаляне, с изключение на това, че тя е сила на триене при плъзгане, действаща нагоре по рампата. Нашите уравнения за нетна сила стават:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_k = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
И отново решаваме заапо подобен начин:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ предполага F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_N = F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_g \ cos (\ theta ) = ma \\ \ предполага \ отмяна mg \ sin (\ theta) - \ mu_k \ отмяна mg \ cos (\ theta) = \ отмяна на ma \\ \ предполага a = g (\ sin (\ theta) - \ mu_k \ cos (\ theta)) = 9,8 ( \ sin (20) -0,2 \ cos (20)) \\ = \ в кутия {1.51 \ text {m / s} ^ 2}
Имайте предвид, че ускорението с съпротивление при търкаляне е много близко до корпуса без триене, докато корпусът на триене при плъзгане е значително различен. Ето защо съпротивлението при търкаляне се пренебрегва в повечето ситуации и защо колелото е брилянтно изобретение!