Statické tření je síla, která musí býtpřekonataby něco začalo. Například někdo může tlačit na stacionární předmět jako těžký gauč, aniž by se pohnul. Pokud však budou silněji tlačit nebo získají pomoc silného přítele, překoná třecí sílu a pohne se.
Zatímco je pohovka klidná,síla statického tření vyvažuje použitou sílu tlaku. Proto,síla statického tření se zvyšuje lineárně s aplikovanou silou působící v opačném směru, dokud nedosáhne maximální hodnoty a objekt se začne pohybovat. Poté již objekt nezažije odpor statického tření, ale kinetického tření.
Statické tření je obvykle větší třecí síla než kinetické tření - je těžší začít tlačit gauč po podlaze, než ji udržovat v chodu.
Koeficient statického tření
Statické tření je výsledkem molekulárních interakcí mezi objektem a povrchem, na kterém je. Různé povrchy tedy poskytují různé množství statického tření.
Koeficient tření, který popisuje tento rozdíl ve statickém tření pro různé povrchy, jeμs.Naleznete jej v tabulce, jako je ta, která souvisí s tímto článkem, nebo vypočítaná experimentálně.
Rovnice pro statické tření
Kde:
- Fs= síla statického tření v newtonech (N)
- μs = koeficient statického tření (bez jednotek)
- FN = normální síla mezi povrchy v newtonech (N)
Maximální statické tření se dosáhne, když se nerovnost stane rovností, kdy v okamžiku, kdy se objekt začne pohybovat, převezme jinou třecí sílu. (Síla kinetického nebo klouzavého tření má s ním spojený jiný koeficient, který se nazývá koeficient kinetického tření a označuje seμk .)
Příklad výpočtu se statickým třením
Dítě se snaží tlačit 10 kg gumovou krabici vodorovně podél gumové podlahy. Koeficient statického tření je 1,16. Jakou maximální sílu může dítě použítbezbox se vůbec pohybuje?
[vložte diagram volného tělesa zobrazující aplikované, třecí, gravitační a normální síly na statický box]
Nejprve si všimněte, že čistá síla je 0 a najděte normální sílu povrchu na krabici. Vzhledem k tomu, že se skříň nepohybuje, musí se tato síla rovnat velikosti gravitační síly působící v opačném směru. Odvolej toFG = mgkdeFGje gravitační síla,mje hmotnost objektu aGje zrychlení v důsledku gravitace na Zemi.
Tak:
F_N = F_g = 10 \ krát 9,8 = 98 \ text {N}
Poté vyřešte Fs s výše uvedenou rovnicí:
F_s = \ mu_s \ times F_N = 1,16 \ krát 98 = 113,68 \ text {N}
Toto je maximální statická třecí síla, která bude bránit pohybu boxu. Je to tedy také maximální síla, kterou může dítě vyvinout, aniž by se box pohnul.
Pamatujte, že pokud dítě vyvíjí jakoukoli sílumenší než maximální hodnota statického tření, pole se stále nepohybuje!
Statické tření na nakloněných rovinách
Statické tření nebrání pouze použitým silám. Chrání objekty před klouzáním z kopců nebo jiných nakloněných povrchů a brání působení gravitace.
Pro úhel platí stejná rovnice, ale k vyřešení vektorů sil na jejich vodorovnou a svislou složku je zapotřebí trigonometrie.
Zvažte knihu o hmotnosti 2 kg, která spočívá na nakloněné rovině pod 20 stupni. Aby kniha zůstala nehybná,síly rovnoběžné s nakloněnou rovinou musí být vyváženy. Jak ukazuje diagram, síla statického tření je rovnoběžná s rovinou ve směru nahoru; síla směřující dolů je gravitací - v tomto případěpouze horizontální složka gravitační sílyvyrovnává statické tření.
Vytáhnutím pravoúhlého trojúhelníku z gravitační síly za účelem vyřešení jeho složek a provedením a malá geometrie pro zjištění, že úhel v tomto trojúhelníku se rovná úhlu sklonu roviny, thevodorovná složka gravitační síly(komponenta rovnoběžná s rovinou) je pak:
F_ {g, x} = mg \ sin {\ theta} = 2 \ krát 9,8 \ krát \ sin {20} = 6,7 \ text {N}
To se musí rovnat síle statického tření, která drží knihu na místě.
Další hodnotou, kterou lze v této analýze najít, je koeficient statického tření. Normální síla jekolmýna povrch, na kterém kniha spočívá. Tato síla tedy musí býtvyvážený s vertikální složkougravitační síly:
F_ {g, y} = mg \ cos {\ theta} = 2 \ krát 9,8 \ krát \ cos {20} = 18,4 \ text {N}
Poté přeskupte rovnici pro statické tření:
\ mu_s = \ frac {F_s} {F_N} = \ frac {6.7} {18.4} = 0,364