Kĺzavé trenie, ktoré sa viac bežne označuje ako kinetické trenie, je sila, ktorá je proti kĺzavému pohybu dvoch povrchov pohybujúcich sa okolo seba. Naproti tomu statické trenie je typ trecej sily medzi dvoma povrchmi, ktoré na seba tlačia, ale navzájom nekĺzajú. (Predstavte si, že tlačíte na stoličku skôr, ako sa začne kĺzať po podlahe. Sila, ktorú použijete pred začiatkom kĺzania, je proti statickému treniu.)
Kĺzavé trenie zvyčajne vyžaduje menší odpor ako statické trenie, a preto musíte často silnejšie tlačiť na to, aby sa objekt začal kĺzať, než aby ste ho udržali v kĺzaní. Veľkosť sily trenia je priamo úmerná veľkosti normálnej sily. Pripomeňme, že normálová sila je sila kolmá na povrch, ktorá pôsobí proti iným silám pôsobiacim v tomto smere.
Konštanta proporcionality je jednotková veličina nazývaná koeficient trenia, ktorá sa líši v závislosti od kontaktných povrchov. (Hodnoty tohto koeficientu sú zvyčajne vyhľadávané v tabuľkách.) Koeficient trenia je obvykle predstavovaný gréckym písmenomμs dolným indexomkindikujúce kinetické trenie. Vzorec trecej sily je daný vzorcom:
F_f = \ mu_kF_N
KdeFNje veľkosť normálovej sily, jednotky sú v newtonoch (N) a smer tejto sily je opačný ako smer pohybu.
Definícia valivého trenia
Valivý odpor sa niekedy označuje ako valivé trenie, aj keď to nie je úplne trecia sila, pretože nie je výsledkom toho, že sa dva povrchy v kontakte pokúšajú tlačiť proti sebe. Je to odporová sila vyplývajúca zo strát energie v dôsledku deformácií valivého objektu a povrchu.
Rovnako ako u trecích síl je veľkosť sily valivého odporu priamo úmerná na veľkosť normálovej sily s konštantou proporcionality, ktorá závisí od povrchov v kontakt. Zatiaľ čoμrsa niekedy používa ako koeficient, je bežnejšie vidieťC.rr, pričom rovnica pre veľkosť valivého odporu je nasledovná:
F_r = C_ {rr} F_N
Táto sila pôsobí opačne ako smer pohybu.
Príklady klzného trenia a valivého odporu
Uvažujme príklad trenia zahŕňajúci dynamický vozík nájdený v typickej učebni fyziky a porovnajme zrýchlenie, s ktorým jazdí po kovovej dráhe sklonenej o 20 stupňov pre tri rôzne polohy scenáre:
Scenár 1:Vozík, ktorý sa voľne valí bez toho, aby skĺzol z dráhy, na vozidlo nepôsobí trením ani odporovými silami.
Najskôr nakreslíme diagram voľného tela. Jediné pôsobiace sily sú gravitačná sila smerujúca priamo nadol a normálna sila smerujúca kolmo na povrch.
Rovnice čistej sily sú:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Hneď môžeme vyriešiť prvú rovnicu pre zrýchlenie a vložiť hodnoty, aby sme dostali odpoveď:
F_g \ sin {\ theta} = ma \\ \ implikuje mg \ sin (\ theta) = ma \\ \ implikuje a = g \ sin (\ theta) = 9,8 \ sin (20) = \ zabalený {3,35 \ text { m / s} ^ 2}
Scenár 2:Valivý odpor pôsobí na vozík, keď sa voľne valí bez toho, aby skĺzol z dráhy.
Tu budeme predpokladať koeficient valivého odporu 0,0065, ktorý je založený na príklade uvedenom v a papier z americkej námornej akadémie.
Náš diagram voľného tela teraz obsahuje valivý odpor pôsobiaci po trati. Naše rovnice čistej sily sa stávajú:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_r = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Z druhej rovnice môžeme vyriešiť preFN, zapojte výsledok do výrazu pre trenie v prvej rovnici a riešte prea:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ znamená 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 \ zrušiť mg \ sin (\ theta) -C_ {rr} \ zrušiť mg \ cos (\ theta) = \ zrušiť 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}
Scenár 3:Kolesá vozíka sú zaistené na svojom mieste a kĺzajú sa po dráhe brzdené kinetickým trením.
Tu použijeme koeficient kinetického trenia 0,2, ktorý je v strede rozsahu hodnôt typicky uvádzaných pre plast na kov.
Náš diagram voľného tela vyzerá veľmi podobne ako prípad valivého odporu, až na to, že ide o kĺzavú treciu silu pôsobiacu po rampe. Naše rovnice čistej sily sa stávajú:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_k = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
A opäť riešime preapodobným spôsobom:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ znamená F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_N = F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_g \ cos (\ theta ) = ma \\ \ znamená \ zrušiť mg \ sin (\ theta) - \ mu_k \ zrušiť mg \ cos (\ theta) = \ zrušiť 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}
Upozorňujeme, že zrýchlenie s valivým odporom je veľmi blízke prípadu bez trenia, zatiaľ čo prípad kĺzavého trenia je výrazne odlišný. To je dôvod, prečo je valivý odpor vo väčšine situácií zanedbaný a preto bolo koleso vynikajúcim vynálezom!