Statické trenie je sila, ktorá musí byťprekonaťaby niečo išlo. Napríklad niekto môže tlačiť na stojaci predmet ako ťažký gauč bez toho, aby sa pohol. Ak však budú silnejšie tlačiť alebo požiadajú o pomoc silného priateľa, prekoná to treciu silu a pohne sa.
Zatiaľ čo pohovka je stále,sila statického trenia je vyrovnanie použitej sily tlaku. Pretosila statického trenia lineárne rastie s aplikovanou silou pôsobiacou v opačnom smere, kým nedosiahne maximálnu hodnotu a objekt sa len začne pohybovať. Potom už objekt nepociťuje odpor zo statického trenia, ale z kinetického trenia.
Statické trenie je zvyčajne väčšia trecia sila ako kinetické trenie - je ťažšie začať tlačiť na gauč pozdĺž podlahy, ako ho udržiavať v chode.
Koeficient statického trenia
Statické trenie je výsledkom molekulárnych interakcií medzi objektom a povrchom, na ktorom je. Rôzne povrchy teda poskytujú rôzne množstvá statického trenia.
Koeficient trenia, ktorý popisuje tento rozdiel v statickom trení pre rôzne povrchy, jeμs.Nachádza sa v tabuľke, ako je tabuľka spojená s týmto článkom, alebo vypočítaná experimentálne.
Rovnica pre statické trenie
Kde:
- Fs= sila statického trenia v newtonoch (N)
- μs = koeficient statického trenia (bez jednotiek)
- FN = normálna sila medzi povrchmi v newtonoch (N)
Maximálne statické trenie sa dosiahne, keď sa z nerovnosti stane rovnosť. V tomto okamihu prevezme inú silu trenia, keď sa objekt začne pohybovať. (Sila kinetického alebo klzného trenia má s ňou spojený iný koeficient, ktorý sa nazýva koeficient kinetického trenia a označuje saμk .)
Príklad výpočtu so statickým trením
Dieťa sa snaží tlačiť 10-kilogramovú gumenú skrinku vodorovne pozdĺž gumovej podlahy. Koeficient statického trenia je 1,16. Aká je maximálna sila, ktorú môže dieťa použiťbezbox sa vôbec hýbe?
[vložte diagram voľného telesa zobrazujúci pôsobiace, trecie, gravitačné a normálne sily na statickú skrinku]
Najskôr si všimnite, že čistá sila je 0 a nájdite normálnu silu povrchu na krabici. Pretože sa skrinka nepohybuje, musí sa táto sila rovnať veľkosti gravitačnej sily pôsobiacej v opačnom smere. Pripomeňme si toFg = mgkdeFgje gravitačná sila,mje hmotnosť objektu agje zrýchlenie v dôsledku gravitácie na Zemi.
Takže:
F_N = F_g = 10 \ krát 9,8 = 98 \ text {N}
Potom vyriešte pre Fs s vyššie uvedenou rovnicou:
F_s = \ mu_s \ times F_N = 1,16 \ krát 98 = 113,68 \ text {N}
Toto je maximálna statická trecia sila, ktorá bude pôsobiť proti pohybu skrinky. Preto je to tiež maximálna veľkosť sily, ktorú môže dieťa vyvinúť bez toho, aby sa krabica pohla.
Upozorňujeme, že pokiaľ dieťa vynakladá akúkoľvek silumenšie ako maximálna hodnota statického trenia, krabica sa stále nebude hýbať!
Statické trenie v naklonených rovinách
Statické trenie neodporuje iba použitým silám. Chráni predmety pred skĺzavaním z kopcov alebo po iných naklonených povrchoch a odoláva príťažlivosti gravitácie.
Pre uhol platí rovnaká rovnica, ale na rozloženie silových vektorov na ich vodorovnú a zvislú zložku je potrebná trigonometria.
Zvážte knihu s hmotnosťou 2 kg, ktorá spočíva na naklonenej rovine pri 20 stupňoch. Aby kniha zostala nehybná,sily rovnobežné so sklonenou rovinou musia byť vyvážené. Ako ukazuje diagram, sila statického trenia je rovnobežná s rovinou smerom nahor; sila smerujúca dole je z gravitácie - v tomto prípade všakiba horizontálna zložka gravitačnej silyvyrovnáva statické trenie.
Odkreslením pravouhlého trojuholníka od gravitačnej sily za účelom vyriešenia jeho zložiek a vykonaním a malá geometria na zistenie, že uhol v tomto trojuholníku sa rovná uhlu sklonu roviny, thehorizontálna zložka gravitačnej sily(komponent rovnobežný s rovinou) je potom:
F_ {g, x} = mg \ sin {\ theta} = 2 \ krát 9,8 \ krát \ sin {20} = 6,7 \ text {N}
To sa musí rovnať sile statického trenia, ktoré drží knihu na mieste.
Ďalšou hodnotou, ktorú je možné v tejto analýze nájsť, je koeficient statického trenia. Normálna sila jekolmýna povrch, na ktorom kniha leží. Táto sila teda musí byťvyvážený s vertikálnou zložkougravitačná sila:
F_ {g, y} = mg \ cos {\ theta} = 2 \ krát 9,8 \ krát \ cos {20} = 18,4 \ text {N}
Potom preskupte rovnicu pre statické trenie:
\ mu_s = \ frac {F_s} {F_N} = \ frac {6.7} {18,4} = 0,364