Drsno trenje, ki ga bolj pogosto imenujemo kinetično trenje, je sila, ki nasprotuje drsnemu gibanju dveh površin, ki se premikata drug mimo drugega. Nasprotno pa je statično trenje vrsta sile trenja med dvema površinama, ki se potiskata ena proti drugi, vendar ne drsita med seboj. (Predstavljajte si, da pritisnete na stol, preden začne drseti po tleh. Sili, ki jo uporabite pred začetkom drsenja, nasprotuje statično trenje.)
Trenje drsenja običajno vključuje manjši upor kot statično trenje, zato morate pogosto pritisniti močneje, da predmet začne drsati, kot da ga držite. Velikost sile trenja je neposredno sorazmerna z velikostjo normalne sile. Spomnimo se, da je normalna sila sila, pravokotna na površino, ki deluje proti drugim silam, ki delujejo v tej smeri.
Konstanta sorazmernosti je brezenotna veličina, imenovana koeficient trenja, in se spreminja glede na površine v stiku. (Vrednosti tega koeficienta so običajno prikazane v tabelah.) Koeficient trenja je običajno predstavljen z grško črkoμs podpisomkkar kaže na kinetično trenje. Formula sile trenja je podana z:
F_f = \ mu_kF_N
KjeFNje velikost normalne sile, enote so v njutnih (N) in smer te sile je nasprotna smeri gibanja.
Opredelitev kotalnega trenja
Kotalni upor se včasih imenuje tudi kotalno trenje, čeprav ni ravno sila trenja, ker ni rezultat dveh površin v stiku, ki poskušata potiskati drug proti drugemu. To je uporovna sila, ki je posledica izgube energije zaradi deformacij kotalnega predmeta in površine.
Tako kot pri silah trenja je tudi velikost kotalnega upora sorazmerna do velikosti normalne sile s konstanto sorazmernosti, ki je odvisna od površin v stik. Medtemμrse včasih uporablja za koeficient, je pogosteje videtiCrr, pri čemer je enačba za velikost kotalnega upora naslednja:
F_r = C_ {rr} F_N
Ta sila deluje nasprotno smeri gibanja.
Primeri drsnega trenja in kotalnega upora
Oglejmo si primer trenja, ki vključuje dinamični voziček, ki ga najdemo v tipični učilnici fizike, in primerjajmo pospešek, s katerim potuje po kovinskem tiru, nagnjenem pri 20 stopinjah, za tri različne scenariji:
1. scenarij:Na voziček ne delujejo sile trenja ali uporov, ker se prosto kotali, ne da bi zdrsnil po progi.
Najprej narišemo diagram prostega telesa. Edini delujoči sili teže, usmerjeni naravnost navzdol, in normalni sili, ki kaže pravokotno na površino.
Enačbe neto sile so:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Takoj lahko rešimo prvo enačbo za pospešek in vstavimo vrednosti, da dobimo odgovor:
F_g \ sin {\ theta} = ma \\ \ implicira mg \ sin (\ theta) = ma \\ \ implicira a = g \ sin (\ theta) = 9,8 \ sin (20) = \ boxed {3.35 \ text { m / s} ^ 2}
2. scenarij:Kotalni upor deluje na voziček, ko se prosto kotali, ne da bi zdrsnil po progi.
Tu bomo predpostavili koeficient kotalnega upora 0,0065, ki temelji na primeru iz a papir iz ameriške pomorske akademije.
Zdaj naš diagram prostega telesa vključuje kotalni upor, ki deluje po progi. Naše enačbe neto sile postanejo:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_r = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Iz druge enačbe lahko rešimo zaFN, rezultat vključimo v izraz za trenje v prvi enačbi in rešimo zaa:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ implicira 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 \\ \ implicira \ prekliči mg \ sin (\ theta) -C_ {rr} \ prekliči mg \ cos (\ theta) = \ prekliči ma \\ \ pomeni a = g (\ sin (\ theta) -C_ {rr} \ cos (\ theta) ) = 9,8 (\ sin (20) -0,0065 \ cos (20)) \\ = \ zapakirano {3,29 \ besedilo {m / s} ^ 2}
Scenarij 3:Kolesa vozička so zaskočena in drsi po progi, ki ga ovira kinetično trenje.
Tu bomo uporabili koeficient kinetičnega trenja 0,2, kar je v sredini območja vrednosti, ki so običajno navedene za plastiko na kovini.
Naš diagram prostega telesa je zelo podoben primeru kotalnega upora, le da gre za drsno silo trenja, ki deluje navzgor po klančini. Naše enačbe neto sile postanejo:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_k = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
In spet rešujemo zaana podoben način:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ pomeni F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_N = F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_g \ cos (\ theta ) = ma \\ \ implicira \ prekliči mg \ sin (\ theta) - \ mu_k \ prekliči mg \ cos (\ theta) = \ prekliči ma \\ \ pomeni a = g (\ sin (\ theta) - \ mu_k \ cos (\ theta)) = 9,8 ( \ sin (20) -0,2 \ cos (20)) \\ = \ polje {1.51 \ besedilo {m / s} ^ 2}
Upoštevajte, da je pospešek z kotalnim uporom zelo blizu ohišja brez trenja, medtem ko se drsno ohišje trenja bistveno razlikuje. Zato je kotalni upor v večini primerov zanemarjen in zato je bilo kolo briljantna iznajdba!