ТРИЕНЕ: ВИДОВЕ, КОЕФИЦИЕНТ, ИЗЧИСЛЕНИЕ, УПРАЖНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

В триенето е устойчивост на движение на повърхността е в контакт с друг. Това е повърхностно явление, което се среща между твърди, течни и газообразни материали. Силата на съпротивление, допирателна към две повърхности в контакт, която се противопоставя на посоката на относителното изместване между споменатите повърхности, се нарича също сила на триене или сила на триене F _r.

За да изместите твърдо тяло върху повърхност, трябва да се приложи външна сила, която може да преодолее триенето. Когато тялото се движи, силата на триене действа върху тялото, забавяйки го и дори може да го спре.

триене

Силата на триене може да бъде представена графично чрез силовата диаграма на тяло в контакт с повърхност. В тази диаграма силата на триене F _r е очертана в противоположност на компонента от силата, приложена върху тялото, тангенциална към повърхността.

Контактната повърхност упражнява реакционна сила върху тялото, наречена нормална сила N. В някои случаи нормалната сила се дължи само на теглото Р на тялото, почиващо на повърхността, а в други случаи се дължи на приложени сили, различни от силата на гравитацията.

Триенето се появява, защото има микроскопични грапавини между контактните повърхности. Когато се опитвате да преместите една повърхност върху другата, възниква триене между грапавините, които пречат на свободното движение на интерфейса. От своя страна загубите на енергия възникват под формата на топлина, която не се използва за придвижване на тялото.

Видове триене

Има два основни типа триене: кулоново триене или сухо триене и фрикционно триене.

-Триене на кулон

Кулоновото триене винаги се противопоставя на движението на телата и се разделя на два вида триене: статично триене и кинетично (или динамично) триене.

При статично триене няма движение на тялото по повърхността. Приложената сила е много ниска и недостатъчна, за да преодолее силата на триене. Триенето има максимална стойност, пропорционална на нормалната сила и се нарича статична сила на триене F _re.

Силата на статичното триене се определя като максималната сила, която се съпротивлява на началото на движението на тялото. Когато приложената сила надвиши статичната сила на триене, тя остава на максималната си стойност.

Кинетичното триене действа, когато тялото вече е в движение. Силата, необходима, за да поддържа тялото да се движи с триене, се нарича кинетична сила на триене F _rc.

Кинетичната сила на триене е по-малка или равна на статичната сила на триене, защото след като тялото започне да се движи, е по-лесно да продължите да се движите, отколкото да се опитвате да го правите, докато сте в покой.

Законите на триенето на Coulomb

1. Силата на триене е пряко пропорционална на силата, нормална спрямо контактната повърхност. Константата на пропорционалност е коефициентът на триене μ, който съществува между повърхностите в контакт.
2. Силата на триене не зависи от размера на видимата контактна зона между повърхностите.
3. Кинетичната сила на триене не зависи от скоростта на плъзгане на тялото.

-Течно триене

Триенето възниква и когато телата се движат в контакт с течни или газообразни материали. Този тип триене се нарича фрикционно фрикционно и се определя като устойчивост на движение на тела в контакт с течност.

Фрикционното триене също се отнася до устойчивостта на флуид да протича в контакт с флуидни слоеве от същия или различен материал и зависи от скоростта и вискозитета на течността. Вискозитетът е мярката за устойчивост на движение на течност.

-Задава триене

Триенето на Стокс е вид триене на течност, при което сферичните частици, потопени във вискозна течност, в ламинарен поток изпитват сила на триене, която забавя движението им поради колебанията в молекулите на течността.

Стокс триене

Потокът е ламинарен, когато вискозните сили, които се противопоставят на движението на течността, са по-големи от инерционните сили и флуидът се движи с достатъчно малка скорост и по праволинеен път.

Коефициенти на триене

Според първия закон на триенето на Coulomb, коефициентът на триене μ се получава от връзката между силата на триене и силата, нормална към контактната повърхност.

Коефициентът μ е безразмерно количество, тъй като представлява съотношение между две сили, което зависи от естеството и обработката на материалите в контакт. Като цяло стойността на коефициента на триене е между 0 и 1.

Статичен коефициент на триене

Коефициентът на статично триене е константата на пропорционалност, съществуваща между силата, която предотвратява движението на тяло в състояние на покой върху контактна повърхност и силата, нормална към повърхността.

Кинетичен коефициент на триене

Коефициентът на кинетично триене е константата на пропорционалност, съществуваща между силата, която ограничава движението на тяло, движещо се върху повърхност, и силата, нормална към повърхността.

Коефициентът на статично триене е по-голям от коефициента на кинетично триене.

Коефициент на еластично триене

Еластичният коефициент на триене се извлича от триенето между контактните повърхности на еластични, меки или груби материали, които се деформират от приложени сили. Триенето се противопоставя на относителното движение между две еластични повърхности и изместването е придружено от еластична деформация на повърхностните слоеве на материала.

Коефициентът на триене, който се получава при тези условия, зависи от степента на грапавост на повърхността, от физичните свойства на материалите в контакт и от величината на тангенциалния компонент на срязващата сила на границата на материалите.

Коефициент на триене на молекулата

Молекулярният коефициент на триене се получава от силата, която ограничава движението на частица, която се плъзга по гладка повърхност или през течност.

Как се изчислява триенето?

Силата на триене върху твърдите интерфейси се изчислява, като се използва уравнението F _r = μN

Заместването на уравнението на теглото в уравнението на силата на триене дава:

Характеристики на нормалното

Когато обектът е в покой върху равна повърхност, нормалната сила е тази, която упражнява повърхността върху тялото и се противопоставя на силата поради гравитацията, съгласно закона за действие и реакция на Нютон.

Нормалната сила винаги действа перпендикулярно на повърхността. На наклонена повърхност нормалът намалява, когато ъгълът на наклона се увеличава и насочва в перпендикулярна посока от повърхността, докато теглото сочи вертикално надолу. Уравнението на нормалната сила върху наклонена повърхност е:

θ = ъгъл на наклон на контактната повърхност.

Наклонено триене на равнината

Компонентът на силата, която действа върху тялото, за да го плъзне, е:

С увеличаването на приложената сила тя се приближава до максималната стойност на силата на триене, тази стойност е тази, съответстваща на статичната сила на триене. Когато F = F _re, статичната сила на триене е:

А коефициентът на статично триене се получава от допирателната на ъгъла на наклон θ.

Решени упражнения

-Сила на триене на предмет, опиращ се на хоризонтална повърхност

Кутия от 15 кг, поставена върху хоризонтална повърхност, се изтласква от човек, който прилага сила от 50 нютона по повърхността, за да я накара да се движи и след това прилага сила от 25 N, за да поддържа кутията да се движи с постоянна скорост. Определете коефициентите на статичното и кинетичното триене.

Кутия се движи по хоризонтална повърхност

Решение: Със стойността на силата, приложена за преместване на кутията, се получава коефициентът на статично триене μ _e.

Нормалната сила N към повърхността е равна на теглото на кутията, така че N = mg

В този случай µ _e = 50New / 147New

Силата, приложена за поддържане на скоростта на кутията постоянна, е кинетичната сила на триене, която е равна на 25New.

Коефициентът на кинетично триене се получава с уравнението μ _c = F _rc / N

-Сила на триене на обект под действието на сила с ъгъл на наклон

Човек прилага сила върху кутия от 20 кг с ъгъл на приложение 30 ° спрямо повърхността, където почива. Каква е величината на силата, приложена за преместване на кутията, ако коефициентът на триене между кутията и повърхността е 0,5?

Решение: Диаграмата за свободно тяло представлява приложената сила и нейните вертикални и хоризонтални компоненти.

Диаграма без тяло

Приложената сила прави ъгъл от 30 ° с хоризонталната повърхност. Вертикалният компонент на силата добавя към нормалната сила, влияеща върху силата на статичното триене. Кутията се движи, когато хоризонталният компонент на приложената сила надвишава максималната стойност на силата на триене F _re. Приравняването на хоризонталния компонент на силата с този на статичното триене дава:

нормална сила

Нормалната сила вече не е теглото на тялото поради вертикалния компонент на силата.

Според втория закон на Нютон, сборът от силите, действащи върху кутията по вертикалната ос, е нула, следователно вертикалният компонент на ускорението е _y = 0. Нормалната сила се получава от сумата

С заместване на уравнението в уравнението се получава следното:

-Триене в движещо се превозно средство

1,5-тонно превозно средство се движи по прав и хоризонтален път със скорост 70 км / ч. Шофьорът вижда препятствия на пътя на определено разстояние, които го принуждават рязко да спира. След спиране автомобилът се плъзга за кратко време, докато спре. Ако коефициентът на триене между гумите и пътя е 0,7; определете следното:

1. Каква е стойността на триенето, докато превозното средство се пързаля?
2. Ускорение на превозното средство
3. Разстоянието, изминато от превозното средство, от кога спира, до кога спира.

Силата на триене на автомобила, когато се плъзга, е:

= 10290 Ново

Раздел b

Силата на триене влияе на забавянето на автомобила при движение.

Прилагайки втория закон на Нютон, стойността на ускоряването се получава чрез решаване на уравнението F = ma

Раздел в

Началната скорост на автомобила е v ₀ = 70Km / h = 19.44m / s

Когато превозното средство спре, крайната му скорост е v _f = 0, а забавянето е a - - 6.86m / s ²

Разстоянието, изминато от превозното средство, от момента, в който спира, до спирането, се получава чрез решаване за d от следното уравнение:

Превозното средство изминава разстоянието 27,54 м преди да спре.

1. Изчисления на коефициента на триене при еластични контактни условия. Михин, N М. 2, 1968, Съветска материалознание, том 4, с. 149-152.
2. Blau, P J. Наука и технологии за триене. Флорида, САЩ: CRC Press, 2009.
3. Връзка между силите на сцепление и триене. Израелачвили, JN, Chen, You-Lung и Yoshizawa, H. 11, 1994, списание за адхезионна наука и технологии, том 8, с. 1231-1249.
4. Зимба, J. ​​Сила и движение. Балтимор, Мериленд: The Johns Hopkins University Press, 2009.
5. Bhushan, B. Принципи и приложения на трибологията. Ню Йорк: Джон Уайли и синове, 1999.
6. Шарма, CS и Purohit, K. Теория на механизмите и машините. Ню Делхи: Prentice Hall of India, 2006.