Trinties jėga yra fizinis dydis, kuris neleidžia kūnui judėti. Paprastai tai atsiranda, kai kūnai juda kietoje, skystoje ir dujinėje medžiagoje. Įvairios trinties jėgų rūšys vaidina svarbų vaidmenį žmogaus gyvenime, nes neleidžia pernelyg didėti kūnų greičiui.
Trinties jėgų klasifikacija
Bendruoju atveju visų tipų trinties jėgos apibūdinamos trimis tipais: slydimo, riedėjimo ir poilsio trinties jėga. Pirmasis yra statinis, kiti du yra dinamiški. Trintis ramybės būsenoje neleidžia kūnui pradėti judėti, savo ruožtu slystant atsiranda trintis, kai judėjimo metu kūnas trinasi į kito kūno paviršių. Riedėjimo trintis atsiranda judant apvaliam objektui. Paimkime pavyzdį. Ryškus tokio tipo (riedėjimo trinties jėgos) pavyzdys yra automobilio ratų judėjimas asf altu.
Trinties jėgų prigimtis yra mikroskopinių netobulumų tarp dviejų kūnų trinties paviršių buvimas. Dėl šios priežasties susidaranti jėga, veikiantijudantis ar pradedantis judėti objektas susideda iš atramos N normalios reakcijos jėgų, nukreiptos statmenai besiliečiančių kūnų paviršiui, ir trinties jėgos F sumos. Pastaroji nukreipta lygiagrečiai kontaktinis paviršius ir yra priešingas kūno judėjimui.
Trintis tarp dviejų kietųjų medžiagų
Nagrinėjant skirtingų tipų trinties jėgų klausimą, buvo pastebėti šie dviejų kietųjų kūnų modeliai:
- Trinties jėga nukreipta lygiagrečiai atraminiam paviršiui.
- Trinties koeficientas priklauso nuo besiliečiančių paviršių pobūdžio, taip pat nuo jų būklės.
- Didžiausia trinties jėga yra tiesiogiai proporcinga normaliai jėgai arba atramos reakcijai, kuri veikia tarp kontaktinių paviršių.
- Tiems patiems kūnams trinties jėga yra didesnė, kol kūnas pradeda judėti, o tada sumažėja, kai kūnas pradeda judėti.
- Trinties koeficientas nepriklauso nuo kontakto ploto ir praktiškai nepriklauso nuo slydimo greičio.
Įstatymai
Apibendrindami eksperimentinę medžiagą apie judėjimo dėsnius, nustatėme šiuos pagrindinius trinties dėsnius:
- Atsparumas slydimui tarp dviejų kūnų yra proporcingas normaliai jėgai, veikiančiai tarp jų.
- Atsparumas judėjimui tarp besitrinančių kūnų nepriklauso nuo sąlyčio tarp jų ploto.
Antrojo dėsnio pademonstravimui galime pateikti tokį pavyzdį: jei paimsite bloką ir judinsite jį slysdami paviršiumi, tada tokiam judėjimui reikalinga jėgabus tas pats, kai blokas guli ant paviršiaus savo ilgąja puse ir kai stovės su galu.
Įvairių rūšių trinties jėgų fizikos dėsnius XV amžiaus pabaigoje atrado Leonardas da Vinci. Tada jie ilgam buvo pamiršti ir tik 1699 metais juos iš naujo atrado prancūzų inžinierius Amontonas. Nuo tada trinties dėsniai vadinami jo vardu.
Kodėl trinties jėga didesnė nei slystant ramybės būsenoje?
Nagrinėjant kelių tipų trinties jėgas (poilsio ir slydimo), reikia pažymėti, kad statinė trinties jėga visada yra mažesnė arba lygi statinio trinties koeficiento ir atramos reakcijos jėgos sandaugai. Trinties koeficientas šioms trinančioms medžiagoms nustatomas eksperimentiškai ir įrašomas į atitinkamas lenteles.
Dinaminė jėga apskaičiuojama taip pat, kaip ir statinė jėga. Tik šiuo atveju trinties koeficientas naudojamas specialiai slydimui. Trinties koeficientas paprastai žymimas graikiška raide Μ (mu). Taigi bendra abiejų trinties jėgų formulė yra: Ftr=ΜN, kur N yra atramos reakcijos jėga.
Šių tipų trinties jėgų skirtumo pobūdis nebuvo tiksliai nustatytas. Tačiau dauguma mokslininkų mano, kad statinė trinties jėga yra didesnė nei slystant, nes kūnams kurį laiką stovint vienas kito atžvilgiu, tarp jų paviršių gali susidaryti joniniai ryšiai arba atskirų paviršių taškų mikrofuzijos. Šie veiksniai sukelia statinio krūvio padidėjimąindikatorius.
Kelių trinties jėgų tipų ir jų pasireiškimo pavyzdys yra automobilio variklio cilindre esantis stūmoklis, kuris „prilituojamas“prie cilindro, jei variklis ilgą laiką neveikia.
Horizontalus stumdomas korpusas
Pagaukime judesio lygtį kūnui, kuris, veikiamas išorinės jėgos Fin, slysdamas pradeda judėti paviršiumi. Šiuo atveju kūną veikia šios jėgos:
- Fv – išorinė jėga;
- Ftr – trinties jėga, priešinga jėgai Fv;
- N yra atramos reakcijos jėga, kuri absoliučia verte lygi kūno svoriui P ir nukreipta į paviršių, tai yra stačiu kampu į jį.
Atsižvelgdami į visų jėgų kryptis, šiam judėjimo atvejui parašome antrąjį Niutono dėsnį: Fv - Ftr=ma, kur m - kūno masė, a - judėjimo pagreitis. Žinodami, kad Ftr=ΜN, N=P=mg, kur g yra laisvojo kritimo pagreitis, gauname: Fv – Μmg=ma. Iš kur, išreikšdami pagreitį, kuriuo juda slenkantis kūnas, gauname: a=F / m – Μg.
Kieto kūno judėjimas skystyje
Svarstant, kokios trinties jėgų rūšys egzistuoja, reikėtų paminėti svarbų fizikos reiškinį – kieto kūno judėjimo skystyje aprašymą. Šiuo atveju kalbame apie aerodinaminę trintį, kuri nustatoma priklausomai nuo kūno greičio skystyje. Yra dviejų tipų judėjimas:
- Kadastandus kūnas juda mažu greičiu, kalbama apie laminarinį judėjimą. Trinties jėga laminarinio judėjimo metu yra proporcinga greičiui. Pavyzdžiui, Stokso dėsnis sferiniams kūnams.
- Kai kūno judėjimas skystyje vyksta didesniu greičiu nei tam tikra ribinė vertė, aplink kūną pradeda atsirasti sūkuriai iš skysčių srautų. Šie sūkuriai sukuria papildomą jėgą, kuri trukdo judėti, todėl trinties jėga yra proporcinga greičio kvadratui.
Riedėjimo trinties jėgos pobūdis
Kalbant apie trinties jėgų rūšis, riedėjimo trinties jėgą įprasta vadinti trečiąja rūšimi. Jis pasireiškia kūnui riedant tam tikru paviršiumi ir įvyksta šio kūno bei paties paviršiaus deformacija. Tai yra, esant visiškai nedeformuojančiam korpusui ir paviršiui, kalbėti apie riedėjimo trinties jėgą nėra prasmės. Pažiūrėkime atidžiau.
Riedėjimo trinties koeficiento sąvoka yra panaši į slydimo koeficiento sąvoką. Kadangi riedėjimo metu tarp kūnų paviršių neslysta, riedėjimo trinties koeficientas yra daug mažesnis nei slystant.
Pagrindinis veiksnys, turintis įtakos koeficientui, yra mechaninės energijos histerezė pagal riedėjimo trinties jėgos tipą. Visų pirma, ratas, priklausomai nuo medžiagos, iš kurios jis pagamintas, taip pat nuo jo keliamos apkrovos, judant elastingai deformuojasi. Pasikartojantys tamprios deformacijos ciklai lemia, kad dalis mechaninės energijos pereina į šiluminę energiją. Be to, dėlsugadinus, rato ir paviršiaus kontaktas jau turi ribotą sąlyčio plotą.
riedėjimo trinties jėgos formulė
Jei pritaikysime jėgos momento, kuris suka ratą, išraišką, gausime, kad riedėjimo trinties jėga yra Ftr.k.=Μ k N / R, čia N – atramos reakcija, R – rato spindulys, Μк – riedėjimo trinties koeficientas. Taigi, riedėjimo trinties jėga yra atvirkščiai proporcinga spinduliui, o tai paaiškina didelių ratų pranašumą prieš mažus.
Šios jėgos atvirkštinis proporcingumas rato spinduliui rodo, kad jei du skirtingo spindulio ratai turi vienodą masę ir yra pagaminti iš tos pačios medžiagos, didesnio spindulio ratą lengviau pasukti. nusileisti.
Redėjimo koeficientas
Pagal šio tipo trinties jėgos formulę gauname, kad riedėjimo trinties koeficientas Μk turi ilgio matmenį. Tai daugiausia priklauso nuo besiliečiančių kūnų pobūdžio. Vertė, kuri nustatoma pagal riedėjimo trinties koeficiento ir spindulio santykį, vadinama riedėjimo koeficientu, tai yra Ck=Μk / R yra bematis dydis.
Riedėjimo koeficientas Ck yra žymiai mažesnis už slydimo trinties koeficientą Μtr. Todėl atsakydami į klausimą, kokio tipo trinties jėga yra mažiausia, drąsiai galime vadinti riedėjimo trinties jėga. Dėl šio fakto rato išradimas laikomas svarbiu žingsniu į technologinę pažangą.žmonija.
Redėjimo koeficientas priklauso nuo sistemos ir priklauso nuo šių veiksnių:
- rato ir paviršiaus kietumas (kuo mažesnė kūnų deformacija judant, tuo mažesnis riedėjimo koeficientas);
- rato spindulys;
- svoris, kuris veikia vairą;
- kontaktinio paviršiaus plotas ir jo forma;
- klampumas rato ir paviršiaus sąlyčio srityje;
- kūno temperatūra
