Współczynnik tarcia i sytuacje, w których występuje

Jaki jest współczynnik tarcia w fizyce i z czym jest związany? W jaki sposób obliczana jest ta wartość? Jaki współczynnik tarcia jest równy? Odpowiemy na te i kilka innych pytań, które porusza główny temat w trakcie artykułu. Rozważmy oczywiście konkretne przykłady, w których mamy do czynienia z zjawiskiem, w którym pojawia się współczynnik tarcia.

Czym jest tarcie?

Tarcie jest jednym z rodzajów interakcji zachodzących między ciałami materialnymi. Istnieje proces tarcia między dwoma ciałami, gdy wchodzą one w kontakt z jednym lub innym obszarem powierzchni. Podobnie jak wiele innych rodzajów interakcji, tarcie istnieje wyłącznie w świetle trzeciego prawa Newtona. Jak to działa w praktyce? Weź dwa absolutnie dowolne ciała. Niech to będą dwa średnie drewniane pręty.

Zaczynamy je nosić obok siebie, wykonując kontakt w obszarach. Zauważysz, że przeniesienie ich względem siebie stanie się znacznie trudniejsze niż po prostu przeniesienie ich w powietrze. Tutaj współczynnik tarcia zaczyna odgrywać swoją rolę. W tym przypadku możemy absolutnie spokojnie powiedzieć, że siłę tarcia można opisać za pomocą trzeciego prawa Newtona: jest ono stosowane do pierwszego ciała, będzie liczbowo równe (modulo, jak mówią w fizyce) do tej samej siły tarcia zastosowanej do drugiego ciała . Ale nie zapominajmy, że w trzecim prawie Newtona istnieje minus, mówiąc, że siły, choć równe wielkości, są skierowane w różnych kierunkach. Tak więc siła tarcia jest wektorowa.

Charakter tarcia

Jak elastyczny siła tarcia ma naturę elektromagnetyczną. Co powoduje to powstanie? Chodzi o to, że atomy i cząsteczki ciał, które przechodzą kontakt, zaczynają ze sobą współdziałać.

Sucha tarcie

Jest to siła, która występuje, gdy wchodzą w kontakt dwie lub więcej ciał stałych. Równocześnie warunkiem wstępnym jest brak gazowej i płynnej warstwy pośredniej między tymi ciałami. Siła tarcia suchego we wszystkich przypadkach jest kierowana wzdłuż linii stycznej narysowanej do sąsiednich obszarów.

Jedna z odmian tego procesu - tarcie pokoju. Występuje nawet wtedy, gdy ciała spoczywają w stosunku do siebie nawzajem. Takie tarcie jest definiowane jako wielkość siły przyłożonej z zewnątrz. W takim przypadku siła musi być skierowana w przeciwnym kierunku.

Siła tarcia ograniczającego

Odpowiednia siła zawsze ma pewną maksymalną wartość (graniczną). Jeśli siła zewnętrzna osiągnie jeszcze większą wielkość i ostatecznie przekroczy tę maksymalną wartość, będziemy w stanie zaobserwować poślizg między ciałami. Oznacza to, że ciało wejdzie w ruch. Zjawisko to można również powiązać z drugim prawem Newtona, które mówi o sumie sił, ich rekompensacie i, w wyniku tego wszystkiego, ruch równomiernie przyspieszony ciało.

Przesuwna siła tarcia

Mówiono wcześniej, że jeśli siła zewnętrzna przekroczy pewną maksymalną wartość, która jest dopuszczalna dla odpowiedniego układu, wówczas ciała wchodzące w taki system będą się poruszać względem siebie. Niezależnie od tego, czy jedno czy dwa ciała się poruszy, czy więcej - to wszystko nie ma znaczenia. Ważne jest, że w tym przypadku występuje siła tarcia ślizgowego. Jeśli mówimy o jego kierunku, to jest skierowany do strony przeciwnej do kierunku przesuwania (lub ruchu). To zależy od względnej prędkości ciała. Ale to jest, jeśli przejdziesz do różnych niuansów fizycznych.

Należy zauważyć, że w większości przypadków uważa się, że siła tarcia ślizgowego jest niezależna od prędkości jednego ciała względem drugiego. Nie ma również związku z maksymalną wartością siły tarcia w spoczynku. Ogromna liczba problemów fizycznych rozwiązuje się właśnie poprzez zastosowanie podobnego modelu zachowania, co pozwala znacznie uprościć proces rozwiązywania.

Jaki jest współczynnik tarcia ślizgowego?

Jest to tylko współczynnik proporcjonalności, który jest obecny we wzorze, który opisuje proces stosowania tarcia do określonego ciała. Współczynnik jest wielkością bezwymiarową. Innymi słowy, wyrażają go wyłącznie liczby. Nie mierzy się go w kilogramach, metrach ani w żadnym innym. W prawie wszystkich przypadkach współczynnik tarcia jest liczbowo mniejszy niż jeden.

Od czego to zależy?

Współczynnik tarcia ślizgowego zależy od dwóch czynników: od materiału, z którego wykonane są ciałka, oraz od sposobu ich obróbki. Może być wytłaczany, gładki i można na niego nałożyć specjalną substancję, która zmniejszy lub zwiększy tarcie.

W jaki sposób ukierunkowana jest siła tarcia?

Jest skierowany na bok, który jest przeciwny do kierunku ruchu dwóch lub więcej ciał stykających się. Wektor kierunkowy jest stosowany stycznie.

Jeśli dojdzie do kontaktu między ciałem stałym a cieczą

W przypadku kontaktu ciał stałych z cieczą (lub pewną objętością gazu) możemy mówić o pojawieniu się siły tak zwanego tarcia lepkiego. Będzie to oczywiście znacznie mniejsze niż siła tarcia suchego. Ale jego kierunek (wektor akcji) jest taki sam. W przypadku tarcia lepkiego nie ma potrzeby mówienia o pokoju.

Odpowiednia siła jest związana z prędkością ciała. Jeśli prędkość jest mała, siła będzie proporcjonalna do prędkości. Jeśli jest wysoki, to będzie proporcjonalny do kwadratu prędkości. Współczynnik proporcjonalności będzie nierozerwalnie związany z kształtem ciał, pomiędzy którymi występuje kontakt.

Inne przypadki siły tarcia

Ten proces ma miejsce, gdy ciało się toczy. Zazwyczaj jednak są zaniedbywane w problemach, ponieważ siła tarcia toczenia jest bardzo mała. To w istocie upraszcza proces rozwiązywania odpowiednich problemów, chociaż zachowuje wystarczający stopień dokładności ostatecznej odpowiedzi.

Tarcie wewnętrzne

Proces ten nazywany jest również w fizyce alternatywnym słowem "lepkość". W rzeczywistości jest to gałąź zjawiska przeniesienia. Ten proces jest specyficzny dla płynnych ciał. I mówimy nie tylko o płynach, ale także o substancjach gazowych. Właściwością lepkości jest zapewnienie odporności podczas przenoszenia jednej części substancji względem drugiej. W tym przypadku praca konieczna do przenoszenia cząstek jest logicznie zakończona. Ale rozprasza się w otaczającej przestrzeni jako ciepło.

Zaproponowano prawo definiujące siłę tarcia lepkiego Isaac Newton. Stało się to w 1687 roku. Prawo wciąż nosi imię wielkiego naukowca. Ale wszystko to tylko teoretycznie, a eksperymentalne potwierdzenie uzyskano dopiero na początku XIX wieku. Odpowiednie eksperymenty wykonali Coulomb, Hagen i Poiseuille.

Tak więc siła tarcia lepkiego, która wpływa na ciecz, jest proporcjonalna do prędkości względnej warstw, jak również obszaru. Jednocześnie jest odwrotnie proporcjonalna do odległości, przy której warstwy są położone względem siebie. Współczynnik tarcia wewnętrznego jest współczynnikiem proporcjonalności, który w tym przypadku jest określony przez rodzaj gazu lub substancji płynnej.

Podobnie zostanie określony inny współczynnik, który ma miejsce w sytuacjach ze względnym ruchem dwóch prądów. Jest to odpowiednio współczynnik tarcia hydraulicznego.