Klouzavé tření, běžněji označované jako kinetické tření, je síla, která působí proti klouzavému pohybu dvou povrchů pohybujících se kolem sebe. Naproti tomu statické tření je druh třecí síly mezi dvěma povrchy, které tlačí proti sobě, ale neklouzají vůči sobě navzájem. (Představte si, že tlačíte na židli, než začne klouzat po podlaze. Síla, kterou použijete před zahájením klouzání, je proti statickému tření.)
Klouzavé tření obvykle zahrnuje menší odpor než statické tření, a proto musíte často tvrději tlačit, aby se objekt začal posouvat, než aby jej udržel v klouzání. Velikost síly tření je přímo úměrná velikosti normální síly. Připomeňme, že normálová síla je síla kolmá k povrchu, která působí proti jakýmkoli dalším silám aplikovaným v tomto směru.
Konstanta proporcionality je bezjednotkové množství, které se říká koeficient tření, a liší se v závislosti na dotykových površích. (Hodnoty tohoto koeficientu jsou obvykle vyhledávány v tabulkách.) Koeficient tření je obvykle reprezentován řeckým písmenemμs dolním indexemkindikující kinetické tření. Vzorec třecí síly je dán vztahem:
F_f = \ mu_kF_N
KdeFNje velikost normální síly, jednotky jsou v newtonech (N) a směr této síly je opačný ke směru pohybu.
Definice valivého tření
Valivý odpor se někdy označuje jako valivé tření, i když to není přesně třecí síla, protože není výsledkem kontaktu dvou povrchů, které se snaží tlačit proti sobě. Jedná se o odporovou sílu způsobenou ztrátou energie v důsledku deformací valivého předmětu a povrchu.
Stejně jako u třecích sil je velikost síly valivého odporu přímo úměrná na velikost normální síly s konstantou proporcionality, která závisí na povrchech v Kontakt. Zatímcoμrje někdy používán pro koeficient, to je více obyčejné vidětCrr, takže rovnice pro velikost valivého odporu je následující:
F_r = C_ {rr} F_N
Tato síla působí proti směru pohybu.
Příklady kluzného tření a valivého odporu
Uvažujme příklad tření zahrnující dynamický vozík nalezený v typické učebně fyziky a porovnejme zrychlení, s nímž cestuje po kovové dráze skloněné o 20 stupňů pro tři různé scénáře:
Scénář 1:Vozík, který se volně pohybuje, aniž by sklouzl po dráze, nepůsobí na vozík žádné třecí nebo odporové síly.
Nejprve nakreslíme diagram volného těla. Jedinými působícími silami jsou gravitační síla směřující přímo dolů a normální síla směřující kolmo k povrchu.
Rovnice čisté síly jsou:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Hned můžeme vyřešit první rovnici pro zrychlení a připojit hodnoty, abychom dostali odpověď:
F_g \ sin {\ theta} = ma \\ \ implikuje mg \ sin (\ theta) = ma \\ \ implikuje a = g \ sin (\ theta) = 9,8 \ sin (20) = \ orámovaný {3.35 \ text { m / s} ^ 2}
Scénář 2:Valivý odpor působí na vozík, protože se volně valí, aniž by sklouzl po dráze.
Zde budeme předpokládat koeficient valivého odporu 0,0065, který je založen na příkladu nalezeném v a papír z americké námořní akademie.
Náš diagram volného těla nyní zahrnuje valivý odpor působící po trati. Naše rovnice čisté síly se stanou:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_r = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Z druhé rovnice můžeme vyřešit proFN, zapojte výsledek do výrazu pro tření v první rovnici a vyřešte proA:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ implikuje 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 \\ \ implikuje \ zrušit mg \ sin (\ theta) -C_ {rr} \ zrušit mg \ cos (\ theta) = \ zrušit ma \\ \ znamená a = g (\ sin (\ theta) -C_ {rr} \ cos (\ theta) ) = 9,8 (\ sin (20) -0,0065 \ cos (20)) \\ = \ v krabici {3,29 \ text {m / s} ^ 2}
Scénář 3:Kola vozíku jsou zajištěna na svém místě a klouže dolů po trati, bráněné kinetickým třením.
Zde použijeme koeficient kinetického tření 0,2, který je uprostřed rozsahu hodnot typicky uvedených pro plast na kov.
Náš diagram volného těla vypadá velmi podobně jako případ valivého odporu, až na to, že se jedná o klouzavou třecí sílu působící po rampě. Naše rovnice čisté síly se stanou:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_k = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
A znovu řešíme proApodobným způsobem:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ implikuje F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_N = F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_g \ cos (\ theta ) = ma \\ \ implikuje \ zrušit mg \ sin (\ theta) - \ mu_k \ zrušit mg \ cos (\ theta) = \ zrušit ma \\ \ znamená a = g (\ sin (\ theta) - \ mu_k \ cos (\ theta)) = 9,8 ( \ sin (20) -0,2 \ cos (20)) \\ = \ v krabici {1.51 \ text {m / s} ^ 2}
Všimněte si, že zrychlení s valivým odporem je velmi blízké pouzdru bez tření, zatímco kluzné třecí pouzdro je výrazně odlišné. To je důvod, proč je valivý odpor ve většině situací zanedbáván, a proto bylo kolo skvělým vynálezem!