Kotalno trenje: definicija, koeficient, formula (z primeri)

Trenje je del vsakdana. Medtem ko pri idealiziranih fizikalnih težavah pogosto prezrete stvari, kot sta zračni upor in sila trenja, če želite natančno za izračun gibanja predmetov po površini morate upoštevati interakcije na stični točki med objektom in površino.

To običajno pomeni delo z drsnim, statičnim ali kotalnim trenjem, odvisno od specifične situacije. Čeprav kotalni predmet, kot je kroglica ali kolo, očitno doživlja manj trenja kot predmet, ki ga morate drsnika, se boste še vedno morali naučiti izračunati kotalni upor za opis gibanja predmetov, kot so avtomobilske pnevmatike asfalt.

Kotalno trenje je vrsta kinetičnega trenja, znano tudi kotkotalni upor, ki velja za kotalna gibanja (v nasprotju z drsnimi gibi - druga vrsta kinetičnega trenja) in kotalnemu gibanju nasprotuje v bistvu enako kot druge oblike trenja.

Na splošno valjanje ne vključuje toliko upora kot drsenje, zatokoeficient kotalnega trenjana površini je običajno manjši od koeficienta trenja pri drsnih ali statičnih situacijah na isti površini.

Postopek valjanja (ali čistega valjanja, tj. Brez zdrsa) se precej razlikuje od drsenja, ker valjanje vključuje dodatno trenje, saj vsaka nova točka na predmetu pride v stik z površino. Kot rezultat tega se v danem trenutku pojavi nova stična točka in situacija je v trenutku podobna statičnemu trenju.

Poleg hrapavosti površine je še veliko drugih dejavnikov, ki vplivajo tudi na kotalno trenje; na primer količina deformacije predmeta in površine kotalnega gibanja, ko sta v stiku, vpliva na moč sile. Na primer pnevmatike avtomobilov ali tovornjakov imajo večji kotalni upor, ko so napihnjene do nižjega tlaka. Poleg neposrednih sil, ki potiskajo pnevmatiko, je del izgube energije posledica toplote, imenovaneizgube zaradi histereze​.

Enačba kotalnega trenja je v bistvu enaka enačbi drsnega in statičnega trenja trenje, razen s koeficientom kotalnega trenja namesto podobnega koeficienta za druge vrste trenje.

UporabaF​_{k, r} za silo kotalnega trenja (tj. kinetično, kotalno),F​_n za normalno silo inμ​_{k, r} za koeficient kotalnega trenja je enačba:

Ker je kotalno trenje sila, je enotaF​_{k, r} je newton. Ko rešujete težave z valjarskim telesom, boste morali poiskati določen koeficient kotalnega trenja za vaše posebne materiale. Engineering Toolbox je na splošno fantastičen vir za to vrsto stvari (glejte Viri).

Kot vedno je normalna sila (F​_n) ima enako velikost teže (tj.mg, kjemje masa ing= 9,81 m / s²) predmeta na vodoravni površini (ob predpostavki, da v tej smeri ne delujejo druge sile) in je pravokotna na površino na točki stika.Če je površina nagnjenapod kotomθ, velikost normalne sile je podana zmgcos (θ​).

Izračun kotalnega trenja je v večini primerov dokaj enostaven postopek. Predstavljajte si avto z masom= 1.500 kg, vožnja po asfaltu in sμ​_{k, r} = 0.02. Kolikšen je kotalni upor v tem primeru?

Poleg uporabe formuleF​_n = ​mg(na vodoravni površini):

Vidite lahko, da je sila zaradi kotalnega trenja v tem primeru videti velika, vendar glede na maso avtomobila in ob uporabi Newtonovega drugega zakona to pomeni le pojemek 0,196 m / s². jaz

Če bi isti avto vozil po cesti z naklonom navzgor 10 stopinj, bi morali uporabitiF​_n = ​mgcos (θ), rezultat pa bi se spremenil:

Ker se normalna sila zaradi naklona zmanjša, se sila trenja zmanjša za isti faktor.

Koeficient kotalnega trenja lahko izračunate tudi, če poznate silo kotalnega trenja in velikost normalne sile po naslednji preurejeni formuli:

Predstavljamo si, kako se kolesarska guma valja po vodoravni betonski površini zF​_n = 762 N inF​_{k, r} = 1,52 N je koeficient kotalnega trenja: