Statično trenje: definicija, koeficient in enačba (z primeri)

Statično trenje je sila, ki mora bitipremagatiza nekaj, kar gre. Na primer, nekdo lahko potisne mirujoč predmet kot težki kavč, ne da bi se premaknil. Če pa bolj pritisnejo ali zaprosijo za pomoč močnega prijatelja, bo premagal silo trenja in se premaknil.

Medtem ko je kavč še vedno, jesila statičnega trenja uravnava uporabljeno silo potiska. Zatosila statičnega trenja narašča linearno z uporabljeno silo, ki deluje v nasprotni smeri, dokler ne doseže največje vrednosti in se objekt šele začne premikati. Po tem objekt ne doživlja več odpornosti zaradi statičnega trenja, temveč zaradi kinetičnega trenja.

Statično trenje je običajno večja sila trenja kot kinetično trenje - težje je začeti potiskati kavč po tleh, kot pa ga nadaljevati.

Statično trenje je posledica molekularnih interakcij med predmetom in površino, na kateri je. Tako različne površine zagotavljajo različne količine statičnega trenja.

Koeficient trenja, ki opisuje to razliko v statičnem trenju za različne površine, je

Kje:

• ​F_s= sila statičnega trenja v newtonih (N)
• ​μ_s = koeficient statičnega trenja (brez enot)
  
• ​F_N = normalna sila med površinami v njutnih (N)

Največje statično trenje je doseženo, ko neenakost postane enakost, takrat prevzame drugačna sila trenja, ko se objekt začne premikati. (Sila kinetičnega ali drsnega trenja ima z njo povezan drugačen koeficient, imenovan koeficient kinetičnega trenja in označenμ_k .)​

Otrok poskuša 10-kilogramsko gumijasto škatlo potisniti vodoravno po gumijastih tleh. Koeficient statičnega trenja je 1,16. Kolikšna je največja sila, ki jo lahko uporabi otrokbrezškatla se sploh premika?

[na miro vstavite diagram prostega telesa, ki prikazuje uporabljene, torne, gravitacijske in normalne sile]

Najprej upoštevajte, da je neto sila 0, in poiščite normalno silo površine na škatli. Ker se škatla ne premika, mora biti ta sila enaka gravitacijski sili, ki deluje v nasprotni smeri. Spomni se tegaF_g = mgkjeF_gje sila teže,mje masa predmeta ingje pospešek zaradi gravitacije na Zemlji.

Torej:

Nato rešite za F_s z zgornjo enačbo:

To je največja statična sila trenja, ki bo nasprotovala gibanju škatle. Zato je to tudi največja sila, ki jo lahko otrok uporabi, ne da bi se škatla premikala.

Upoštevajte, da dokler otrok uporablja katero koli silomanjša od največje vrednosti statičnega trenja, škatla se še vedno ne bo premaknila!

Statično trenje ne nasprotuje le uporabljenim silam. Predmetom preprečuje drsenje po hribih ali drugih nagnjenih površinah, tako da se upira gravitacijskemu vleku.

Za kot velja enaka enačba, vendar je trigonometrija potrebna za razčlenitev vektorjev sile v njihove vodoravne in navpične komponente.

Razmislite o 2-kilogramski knjigi, ki počiva na nagnjeni ravnini pri 20 stopinjah. Da knjiga ostane mirna,sile, vzporedne z nagnjeno ravnino, morajo biti uravnotežene. Kot prikazuje diagram, je sila statičnega trenja vzporedna z ravnino v smeri navzgor; nasprotna sila navzdol je od gravitacije - v tem primeru pasamo vodoravna komponenta gravitacijske sileuravnava statično trenje.

Z risanjem pravokotnega trikotnika iz sile teže, da razrešimo njegove sestavne dele, in naredimo a malo geometrije, da bi ugotovili, da je kot v tem trikotniku enak kotu naklona ravnine,vodoravna komponenta gravitacijske sile(komponenta vzporedna z ravnino) je potem:

Ta mora biti enaka sili statičnega trenja, ki drži knjigo na mestu.

Druga vrednost, ki jo je mogoče najti v tej analizi, je koeficient statičnega trenja. Normalna sila jepravokotnana površje, na katerem počiva knjiga. Torej ta sila mora bitiuravnoteženo z navpično komponentogravitacijske sile:

Nato preuredimo enačbo za statično trenje: