Statičko trenje sila je koja mora bitinadvladatiza nešto da krene. Na primjer, netko može gurnuti nepokretni predmet poput teškog kauča, a da se on ne pomakne. Ali, ako pritisnu jače ili zatraže pomoć snažnog prijatelja, on će prevladati silu trenja i pomaknuti se.
Dok je kauč još uvijek,sila statičkog trenja uravnotežuje primijenjenu silu potiska. Stoga,sila statičkog trenja povećava se linearno s primijenjenom silom koja djeluje u suprotnom smjeru, dok ne dosegne maksimalnu vrijednost i objekt se tek počne kretati. Nakon toga objekt više ne doživljava otpor statičkog trenja, već kinetičkog trenja.
Statičko trenje obično je veća sila trenja od kinetičkog trenja - teže je početi gurati kauč uz pod nego ga nastaviti.
Koeficijent statičkog trenja
Statičko trenje rezultat je molekularnih interakcija između predmeta i površine na kojoj se nalazi. Dakle, različite površine pružaju različite količine statičkog trenja.
Koeficijent trenja koji opisuje tu razliku u statičkom trenju za različite površine je
Jednadžba za statičko trenje
Gdje:
- Fs= sila statičkog trenja u njutnima (N)
- μs = koeficijent statičkog trenja (bez jedinica)
- FN = normalna sila između površina u njutnima (N)
Maksimalno statičko trenje postiže se kada nejednakost postane jednakost, u kojem trenutku druga sila trenja preuzima kako se objekt počinje kretati. (Sila kinetičkog ili kliznog trenja povezana je s različitim koeficijentom koji se naziva koeficijent kinetičkog trenja i označava seμk .)
Primjer proračuna sa statičkim trenjem
Dijete pokušava gumenu kutiju od 10 kg gurnuti vodoravno uz gumeni pod. Koeficijent statičkog trenja je 1,16. Koja je maksimalna sila koju dijete može upotrijebitibezkutija se uopće kreće?
[umetnite dijagram slobodnog tijela koji prikazuje primijenjene, trene, gravitacijske i normalne sile na kutiji mirnog prostora]
Prvo imajte na umu da je neto sila 0 i pronađite normalnu silu površine na kutiji. Budući da se kutija ne pomiče, ta sila mora biti jednaka veličini gravitacijskoj sili koja djeluje u suprotnom smjeru. Sjetite se togaFg = mggdjeFgje sila gravitacije,mje masa predmeta igje ubrzanje uslijed gravitacije na Zemlji.
Tako:
F_N = F_g = 10 \ puta 9,8 = 98 \ tekst {N}
Zatim riješite Fs s gornjom jednadžbom:
F_s = \ mu_s \ puta F_N = 1,16 \ puta 98 = 113,68 \ text {N}
Ovo je maksimalna statička sila trenja koja će se suprotstaviti kretanju kutije. Stoga je to i maksimalna količina sile koju dijete može primijeniti bez pomicanja kutije.
Imajte na umu da, sve dok dijete primjenjuje bilo kakvu silumanja od maksimalne vrijednosti statičkog trenja, kutija se i dalje neće micati!
Statičko trenje na kosim ravninama
Statičko trenje ne suprotstavlja se samo primijenjenim silama. Sprečava klizanje predmeta niz brda ili druge nagnute površine, opirući se privlačenju gravitacije.
Na kut se primjenjuje ista jednadžba, ali trigonometrija je potrebna da bi se vektori sile razvrstali u njihove vodoravne i okomite komponente.
Razmislite o knjizi od 2 kg koja počiva na nagnutoj ravnini pod 20 stupnjeva. Da bi knjiga ostala mirna,sile paralelne s kosom ravninom moraju biti uravnotežene. Kao što dijagram pokazuje, sila statičkog trenja paralelna je ravnini u smjeru prema gore; suprotna sila prema dolje je od gravitacije - u ovom slučaju,samo vodoravna komponenta gravitacijske sileuravnotežuje statičko trenje.
Izvlačenjem pravokutnog trokuta od sile gravitacije kako bi se razriješile njegove komponente, i čineći a malo geometrije da se utvrdi da je kut u ovom trokutu jednak kutu nagiba ravnine,vodoravna komponenta gravitacijske sile(komponenta paralelna s ravninom) je tada:
F_ {g, x} = mg \ sin {\ theta} = 2 \ puta 9,8 \ puta \ sin {20} = 6,7 \ tekst {N}
To mora biti jednako snazi statičkog trenja koja drži knjigu na mjestu.
Druga vrijednost koju je moguće pronaći u ovoj analizi je koeficijent statičkog trenja. Normalna sila jeokomitana površinu na kojoj počiva knjiga. Dakle, ova sila mora bitiuravnotežen s vertikalnom komponentomgravitacijske sile:
F_ {g, y} = mg \ cos {\ theta} = 2 \ puta 9,8 \ puta \ cos {20} = 18,4 \ text {N}
Zatim, preslagivanje jednadžbe za statičko trenje:
\ mu_s = \ frac {F_s} {F_N} = \ frac {6.7} {18.4} = 0,364