Kiekvienas mokinys žino, kad susilietus tarp dviejų kietų paviršių atsiranda vadinamoji trinties jėga. Šiame straipsnyje apsvarstykime, kas tai yra, sutelkdami dėmesį į trinties jėgos taikymo tašką.
Kokios trinties jėgos yra?
Prieš svarstant trinties jėgos taikymo tašką, būtina trumpai prisiminti, kokios trinties rūšys egzistuoja gamtoje ir technologijoje.
Pradėkime svarstyti apie statinę trintį. Šis tipas apibūdina kieto kūno būseną ramybės būsenoje ant kurio nors paviršiaus. Poilsio trintis neleidžia kūnui pasislinkti iš ramybės būsenos. Pavyzdžiui, dėl šios jėgos veikimo mums sunku perkelti ant grindų stovinčią spintelę.
Slydimo trintis yra dar viena trinties rūšis. Jis pasireiškia dviejų vienas ant kito slystančių paviršių sąlyčio atveju. Slydimo trintis prieštarauja judėjimui (trinties jėgos kryptis yra priešinga kūno greičiui). Ryškus jos veiksmo pavyzdys – slidininkas arba čiuožėjas čiuožia ant sniego ledu.
Pagaliau trečia trinties rūšis yra riedėjimas. Jis visada egzistuoja, kai vienas kūnas rieda kito paviršiumi. Pavyzdžiui, rato arba guolių riedėjimas yra puikūs pavyzdžiai, kai svarbi riedėjimo trintis.
Pirmieji du iš aprašytų tipų atsiranda dėl besitrinančių paviršių šiurkštumo. Trečiasis tipas atsiranda dėl riedėjimo kūno deformacijos histerezės.
Slydimo ir atramos trinties jėgų taikymo taškai
Aukščiau buvo pasakyta, kad statinė trintis apsaugo nuo išorinės veikiančios jėgos, kuri linkusi perkelti objektą išilgai kontaktinio paviršiaus. Tai reiškia, kad trinties jėgos kryptis yra priešinga išorinės jėgos krypčiai lygiagrečiai paviršiui. Nagrinėjamos trinties jėgos taikymo taškas yra dviejų paviršių sąlyčio srityje.
Svarbu suprasti, kad statinė trinties jėga nėra pastovi vertė. Ji turi didžiausią vertę, kuri apskaičiuojama pagal šią formulę:
Ft=µtN.
Tačiau ši maksimali reikšmė pasirodo tik tada, kai kūnas pradeda judėti. Bet kuriuo kitu atveju statinės trinties jėga absoliučia reikšme yra lygiagrečiai lygiagrečiam išorinės jėgos paviršiui.
Kalbant apie slydimo trinties jėgos taikymo tašką, jis nesiskiria nuo statinės trinties. Kalbant apie skirtumą tarp statinės ir slydimo trinties, reikia pažymėti absoliučią šių jėgų reikšmę. Taigi tam tikros medžiagų poros slydimo trinties jėga yra pastovi vertė. Be to, ji visada mažesnė už didžiausią statinės trinties jėgą.
Kaip matote, trinties jėgų taikymo taškas nesutampa su kūno svorio centru. Tai reiškia, kad nagrinėjamos jėgos sukuria momentą, linkusį apversti slydantį kūną į priekį. Pastarąjį galima pastebėti, kai dviratininkas stipriai stabdo priekiniu ratu.
Riedėjimo trintis ir jos taikymo taškas
Kadangi riedėjimo trinties fizinė priežastis skiriasi nuo anksčiau aptartų tipų trinties priežasčių, riedėjimo trinties jėgos taikymo taškas yra šiek tiek kitoks.
Tarkime, kad automobilio ratas yra ant šaligatvio. Akivaizdu, kad šis ratas deformuotas. Jo sąlyčio su asf altu plotas lygus 2dl, kur l – rato plotis, 2d – rato ir asf alto šoninio kontakto ilgis. Riedėjimo trinties jėga savo fizine esme pasireiškia kaip atramos reakcijos momentas, nukreiptas prieš rato sukimąsi. Šis momentas apskaičiuojamas taip:
M=Nd
Jei padalinsime ir padauginsime iš rato R spindulio, gausime:
M=Nd/RR=FtR kur Ft=Nd/R
Taigi, riedėjimo trinties jėga Ft iš tikrųjų yra atramos reakcija, sukurianti jėgos momentą, kuris linkęs sulėtinti rato sukimąsi.
Šios jėgos taikymo taškas yra nukreiptas vertikaliai aukštyn plokštumos paviršiaus atžvilgiu ir perkeliamas į dešinę nuo masės centro d (darant prielaidą, kad ratas juda iš kairės į dešinę).
Problemos sprendimo pavyzdys
Veiksmasbet kokios rūšies trinties jėga linkusi sulėtinti mechaninį kūnų judėjimą, o jų kinetinę energiją paverčia šiluma. Išspręskime šią problemą:
juosta slysta nuožulniu paviršiumi. Būtina apskaičiuoti jo judėjimo pagreitį, jei žinoma, kad slydimo koeficientas yra 0,35, o paviršiaus pasvirimo kampas yra 35o.
Pasvarstykime, kokios jėgos veikia strypą. Pirma, gravitacijos komponentas nukreipiamas žemyn išilgai slydimo paviršiaus. Jis lygus:
F=mgsin(α)
Antra, išilgai plokštumos aukštyn veikia pastovi trinties jėga, nukreipta prieš kūno pagreičio vektorių. Tai galima nustatyti pagal formulę:
Ft=µtN=µtmgcos (α)
Tada Niutono dėsnis strypai, judančiam su pagreičiu a, bus tokia forma:
ma=mgsin(α) – µtmgcos(α)=>
a=gsin(α) – µtgcos(α)
Pakeitę duomenis į lygybę, gauname, kad a=2,81 m/s2. Atkreipkite dėmesį, kad rastas pagreitis nepriklauso nuo strypo masės.
