Povrchy vyvíjajú treciu silu, ktorá odoláva kĺzavým pohybom. Veľkosť tejto sily musíte vypočítať ako súčasť mnohých fyzikálnych problémov. Miera trenia závisí predovšetkým od „normálnej sily“, ktorou povrchy pôsobia na objekty na nich ležiace, ako aj od charakteristík konkrétneho povrchu, ktorý uvažujete. Na väčšinu účelov môžete použiť vzorec:
na výpočet trenia sNznamená „normálnu“ silu a „μ“Zahŕňajúce charakteristiky povrchu.
Trenie popisuje silu medzi dvoma povrchmi, keď sa pokúšate posúvať jeden cez druhý. Sila odoláva pohybu a vo väčšine prípadov pôsobí v opačnom smere ako pohyb. Dole na molekulárnej úrovni, keď stlačíte dva povrchy dohromady, dôjde k drobným nedokonalostiam každého z nich povrch sa môže vzájomne prepojiť a medzi molekulami jedného materiálu a ostatný. Tieto faktory sťažujú ich prechod okolo seba. Na výpočte sily trenia však na tejto úrovni nepracujete. Pre každodenné situácie fyzici zoskupujú všetky tieto faktory do „koeficientu“μ.
„Normálna“ sila popisuje silu, ktorou povrch, na ktorý predmet spočíva (alebo na ktorý je pritlačený), na tento predmet pôsobí. Pre nehybný objekt na rovnom povrchu musí sila presne pôsobiť proti sile pôsobením gravitácie, inak by sa objekt pohyboval podľa Newtonových pohybových zákonov. „Normálna“ sila (
N) je názov sily, ktorá to robí.Pôsobí vždy kolmo na povrch. To znamená, že na šikmom povrchu by normálna sila stále smerovala priamo od povrchu, zatiaľ čo gravitačná sila by smerovala priamo nadol.
Normálnu silu možno vo väčšine prípadov jednoducho opísať:
N = mg
Tu,mpredstavuje hmotnosť objektu agje skratka pre gravitačné zrýchlenie, ktoré je 9,8 metra za sekundu za sekundu (m / s2), alebo siete na kilogram (N / kg). Toto sa jednoducho zhoduje s „hmotnosťou“ objektu.
U šikmých povrchov sa sila normálovej sily znižuje, čím viac je povrch sklonený, vzorec sa stáva:
N = mg \ cos {\ theta}
Sθstojí za uhol, ku ktorému je povrch naklonený.
Pre jednoduchý príklad výpočtu zvážte rovný povrch, na ktorom sedí 2-kilogramový blok dreva. Normálna sila by smerovala priamo nahor (na podporu hmotnosti bloku) a vypočítali by ste:
N = 2 \ krát 9,8 = 19,6 \ text {N}
Koeficient závisí od objektu a konkrétnej situácie, s ktorou pracujete. Ak sa objekt už nepohybuje po povrchu, použijete koeficient statického treniaμstatický, ale ak sa pohybuje, použijete koeficient klzného treniaμšmykľavka.
Všeobecne je koeficient klzného trenia menší ako koeficient statického trenia. Inými slovami, je jednoduchšie posúvať niečo, čo sa už posúva, ako posúvať niečo, čo sa stále posúva.
Materiály, ktoré zvažujete, tiež ovplyvňujú koeficient. Napríklad, ak bol blok dreva skôr na tehlovom povrchu, koeficient by bol 0,6, ale pre čisté drevo to môže byť kdekoľvek od 0,25 do 0,5. Pre ľad na ľade je statický koeficient 0,1. Kĺzavý koeficient to opäť znižuje ešte viac, na 0,03 pre ľad na ľade a 0,2 pre drevo drevo. Vyhľadajte ich na svojom povrchu pomocou online tabuľky (pozri Zdroje).
Vzorec pre silu trenia uvádza:
F = \ mu N
Zvážte napríklad drevený blok s hmotnosťou 2 kg na drevenom stole, ktorý je tlačený zo stoja. V takom prípade použijete statický koeficient, sμstatický = 0,25 až 0,5 pre drevo. Užívanieμstatický = 0,5, aby sa maximalizoval potenciálny účinok trenia, a zapamätanie siN = 19,6 N, sila je:
F = 0,5 \ krát19,6 = 9,8 \ text {N}
Pamätajte, že trenie poskytuje iba silu odolávajúcu pohybu, takže ak ho začnete jemne tlačiť a dostanete pevnejšia, sila trenia sa zvýši na maximálnu hodnotu, ktorú ste práve vypočítali. Fyzici niekedy píšuFmax aby bol tento bod jasný.
Akonáhle sa blok pohne, použijeteμšmykľavka = 0,2, v tomto prípade:
F_ {slide} = \ mu_ {slide} N = 0,2 \ krát 19,6 = 3,92 \ text {N}