Trenje klizanja, koje se češće naziva kinetičkim trenjem, sila je koja se suprotstavlja kliznom gibanju dviju površina koje se kreću jedna pored druge. Suprotno tome, statičko trenje je vrsta sile trenja između dviju površina koje se međusobno guraju, ali ne klize jedna prema drugoj. (Zamislite da pritisnete stolicu prije nego što počne kliziti po podu. Sili koju primijenite prije početka klizanja suprotstavlja se statičko trenje.)
Trenje klizanja obično uključuje manji otpor od statičkog trenja, zbog čega često morate pritisnuti jače da bi neki objekt počeo kliziti nego da bi ga zadržali u klizanju. Veličina sile trenja izravno je proporcionalna veličini normalne sile. Podsjetimo da je normalna sila sila okomita na površinu koja djeluje protiv bilo koje druge sile koja se primjenjuje u tom smjeru.
Konstanta proporcionalnosti je jedinica bez veličine koja se naziva koeficijent trenja i ona varira ovisno o dodirnim površinama. (Vrijednosti za ovaj koeficijent obično se traže u tablicama.) Koeficijent trenja obično predstavlja grčko slovo
F_f = \ mu_kF_N
GdjeFNje veličina normalne sile, jedinice su u njutnima (N) i smjer te sile je suprotan smjeru kretanja.
Definicija trenja kotrljanja
Otpor kotrljanja ponekad se naziva i trenjem kotrljanja, iako to nije baš sila trenja, jer nije rezultat dvjema dodirnim površinama koje se pokušavaju pritisnuti jedna o drugu. To je otporna sila koja nastaje gubitkom energije uslijed deformacija valjanog predmeta i površine.
Međutim, kao i kod sila trenja, veličina sile otpora kotrljanja izravno je proporcionalna do veličine normalne sile, uz konstantu proporcionalnosti koja ovisi o površinama u kontakt. Dokμrponekad se koristi za koeficijent, uobičajenije je vidjetiCrr, čineći jednadžbu veličine otpora kotrljanja sljedećom:
F_r = C_ {rr} F_N
Ova sila djeluje suprotno smjeru kretanja.
Primjeri trenja i otpora kotrljanja pri klizanju
Razmotrimo primjer trenja koji uključuje dinamička kolica pronađena u tipičnoj učionici fizike i usporedimo ubrzanje kojim putuje metalnom stazom nagnutom na 20 stupnjeva za tri različita scenariji:
Scenarij 1:Nema kola trenja ni otpornih sila koje djeluju na kolica dok se slobodno kotrljaju bez klizanja niz stazu.
Prvo nacrtamo dijagram slobodnog tijela. Sila gravitacije usmjerena ravno prema dolje i normalna sila usmjerena okomito na površinu jedine su sile koje djeluju.
Jednadžbe neto sile su:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Odmah možemo riješiti prvu jednadžbu za ubrzanje i uključiti vrijednosti kako bismo dobili odgovor:
F_g \ sin {\ theta} = ma \\ \ implicira mg \ sin (\ theta) = ma \\ \ implicira a = g \ sin (\ theta) = 9,8 \ sin (20) = \ uokviren {3.35 \ text { m / s} ^ 2}
Scenarij 2:Otpor kotrljanja djeluje na kolica dok se slobodno kotrlja bez klizanja niz stazu.
Ovdje ćemo pretpostaviti koeficijent otpora kotrljanja od 0,0065, koji se temelji na primjeru iz a papir s američke pomorske akademije.
Sada naš dijagram slobodnog tijela uključuje otpor kotrljanja koji djeluje na stazi. Naše jednadžbe neto snage postaju:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_r = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Iz druge jednadžbe možemo riješiti zaFN, rezultat uključiti u izraz za trenje u prvoj jednadžbi i riješiti zaa:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ podrazumijeva 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 \\ \ implicira \ otkazati mg \ sin (\ theta) -C_ {rr} \ poništi mg \ cos (\ theta) = \ poništi ma \\ \ podrazumijeva a = g (\ sin (\ theta) -C_ {rr} \ cos (\ theta) ) = 9,8 (\ sin (20) -0,0065 \ cos (20)) \\ = \ uokvireno {3,29 \ text {m / s} ^ 2}
Scenarij 3:Kotači kolica zaključani su na mjestu i klizi niz stazu, ometano kinetičkim trenjem.
Ovdje ćemo upotrijebiti koeficijent kinetičkog trenja od 0,2, što je u sredini raspona vrijednosti koji su obično navedeni za plastiku na metalu.
Naš dijagram slobodnog tijela izgleda vrlo slično slučaju otpora kotrljanja, osim što se radi o sili trenja klizanja koja djeluje uz rampu. Naše jednadžbe neto snage postaju:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_k = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
I opet rješavamo zaana sličan način:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ podrazumijeva F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_N = F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_g \ cos (\ theta ) = ma \\ \ implicira \ otkazati mg \ sin (\ theta) - \ mu_k \ poništi mg \ cos (\ theta) = \ poništi ma \\ \ podrazumijeva a = g (\ sin (\ theta) - \ mu_k \ cos (\ theta)) = 9,8 ( \ sin (20) -0,2 \ cos (20)) \\ = \ uokviren {1,51 \ text {m / s} ^ 2}
Imajte na umu da je ubrzanje s otporom kotrljanja vrlo blizu kućišta bez trenja, dok se kućište trenja klizanja značajno razlikuje. Zbog toga se otpor kotrljanja u većini situacija zanemaruje i zašto je kotač bio sjajan izum!