Jeśli blok jest ciągnięty na dynamometrze ze stałą prędkością, to hamownia pokazuje moduł siły tarcia ślizgowego (F tr). Tutaj siła sprężystości sprężyny dynamometru równoważy siłę tarcia ślizgowego.
Natomiast siła tarcia ślizgowego zależy od siły reakcji normalnej podpory (N), która powstaje w wyniku działania ciężaru ciała. Im większy ciężar, tym większa siła normalnej reakcji. I im większa normalna siła reakcji, tym większa siła tarcia. Pomiędzy tymi siłami istnieje wprost proporcjonalna zależność, którą można wyrazić wzorem:
Tutaj jest μ współczynnik tarcia. Pokazuje dokładnie, jak siła tarcia ślizgowego zależy od siły reakcji normalnej (lub, można powiedzieć, od ciężaru ciała), jaką część stanowi. Współczynnik tarcia jest wielkością bezwymiarową. Dla różnych par powierzchni μ ma różne wartości.
Przykładowo drewniane przedmioty ocierają się o siebie ze współczynnikiem od 0,2 do 0,5 (w zależności od rodzaju powierzchni drewnianych). Oznacza to, że jeśli normalna siła reakcji podpory wynosi 1 N, to podczas ruchu siła tarcia ślizgowego może przyjmować wartość od 0,2 N do 0,5 N.
Ze wzoru F tr = μN wynika, że znając siły tarcia i reakcję normalną, można wyznaczyć współczynnik tarcia dla dowolnych powierzchni:
Siła normalnej reakcji podłoża zależy od masy ciała. Jest mu równy pod względem modułu, ale ma przeciwny kierunek. Masę ciała (P) można obliczyć znając masę ciała. Jeśli więc nie uwzględnimy wektorowego charakteru wielkości, możemy napisać, że N = P = mg. Następnie współczynnik tarcia oblicza się ze wzoru:
μ = F tr / (mg)
Przykładowo, jeśli wiadomo, że siła tarcia ciała o masie 5 kg poruszającego się po powierzchni wynosi 12 N, to można wyznaczyć współczynnik tarcia: μ = 12 N / (5 kg ∙ 9,8 N/kg) = 12 N / 49 N ≈ 0,245.
(lekcja wakacyjna dla uczniów klas 8–9)
- Aktywizacja aktywności umysłowej uczniów.
- Kształtowanie uogólnionej umiejętności przeprowadzania pomiarów fizycznych.
- Kształtowanie uogólnionej umiejętności przeprowadzania eksperymentalnej weryfikacji praw fizycznych.
- Kształcenie umiejętności usystematyzowania uzyskanych wyników w formie tabeli, umiejętności wyciągania wniosków na podstawie eksperymentu.
Organizacja warsztatów: Wszyscy studenci biorący udział w warsztatach podzieleni są na grupy. Każda grupa uczniów otrzymuje zadanie z krótkim opisem pracy.
Po zakończeniu pracy studenci zobowiązani są do napisania sprawozdania. Raport składa się z tabeli, obliczenia pożądanej wartości i jej błędu oraz wniosku dotyczącego pracy.
Postęp
I. Przemówienie wprowadzające nauczyciela:
Jeśli umieścisz klocek na poziomej powierzchni i przyłożysz do niego odpowiednią siłę w kierunku poziomym, klocek zacznie się poruszać. Łatwo zauważyć, że w tym przypadku na klocek działają cztery siły: w kierunku pionowym – siła ciężkości P i siła reakcji podpory Q, jednakowej co do wielkości i skierowanej przeciwnie; w kierunku poziomym – siła uciągu F i przeciwnym kierunku siły tarcia Fmp.
Aby klocek poruszał się równomiernie i po linii prostej, moduł siły uciągu musi być równy modułowi siły tarcia.
Na tym opiera się metoda pomiaru siły tarcia. Na klocek należy przyłożyć siłę rozciągającą, która utrzyma równomierny ruch liniowy tego ciała. Siła ta służy do określenia modułu siły tarcia.
II. Warsztat.
Przydział do grupy I.
Wyznacz współczynnik tarcia ślizgowego, gdy klocek porusza się po poziomej powierzchni stołu.
Sprzęt: trybometr, linijka drewniana, klocek drewniany z trzema otworami; dynamometr; zestaw ciężarków mechanicznych.
Porządek pracy .
- Oblicz wartość podziału skali hamowni.
- Zmierz masę bloku za pomocą dynamometru. Wynik pomiaru masy zapisz w tabeli.
- Zmierz siłę tarcia ślizgowego bloku za pomocą ciężarków na stole. Aby to zrobić, przesuń blok z ciężarkami równomiernie po stole za pomocą dynamometru.
- Zapisz wynik pomiaru w tabeli.
- Obciążając blok jednym, dwoma lub trzema ciężarkami, w każdym przypadku należy zmierzyć siłę tarcia. Wprowadź dane do tabeli.
- Oblicz współczynnik tarcia ślizgowego
- Wyznaczyć błąd instrumentalny współczynnika tarcia.
- Wyciągnąć wniosek.
Łatwo sprawdzić, że w przypadku ciała poruszającego się po powierzchni poziomej siła nacisku normalnego jest równa sile ciężkości działającej na to ciało: N=P. Pozwala nam to obliczyć współczynnik tarcia:
Cena podziału skali dynamometru, c.d. = 0,1 N.
1. Masę bloku i obciążenie wyznaczyliśmy na dynamometrze i zapisaliśmy w tabeli.
2. Przesuwając klocek równomiernie po drewnianej linijce wyznaczyliśmy siłę uciągu, która jest równa sile tarcia. Jego wartość zapisaliśmy w tabeli.
3. Dla każdego pomiaru siły tarcia wyznaczyliśmy współczynnik tarcia i wpisaliśmy go do tabeli.
4. Wyznaczono błąd pomiaru dla każdej wartości współczynnika siły tarcia.
1. Współczynnik tarcia wynosi 0,2.
2. Błąd pomiaru instrumentalnego wynosi 0,06.
3. Współczynnik tarcia ślizgowego podczas wzajemnego ruchu ciał po powierzchni stołu jest wartością stałą, niezależną od siły nacisku normalnego.
2. Porównać współczynnik tarcia statycznego, ślizgowego i tocznego. Wyciągnąć wniosek.
Sprzęt: dynamometr, klocek drewniany, ciężarki z dwoma haczykami - 2 szt., ołówki okrągłe - 2 szt.
Kolejność pracy.
2. Zmierz masę bloku z dwoma obciążeniami za pomocą dynamometru. Wynik pomiaru masy zapisz w zeszycie.
3. Zmierz maksymalną siłę tarcia statycznego klocka na stole. Aby to zrobić, połóż klocek na stole i dwa ciężarki na bloku; Przymocuj dynamometr do bloku i wpraw blok za pomocą ciężarków. Zanotuj odczyty dynamometru odpowiadające początkowi ruchu bloku.
4. Zmierz siłę tarcia ślizgowego bloku za pomocą odważników na stole. Aby to zrobić, przesuń blok z ciężarkami równomiernie po stole za pomocą dynamometru. Wynik pomiaru siły zapisz w zeszycie.
5. Zmierz siłę tarcia toczenia klocka po stole. Aby to zrobić, umieść klocek z dwoma ciężarkami na dwóch okrągłych ołówkach i przesuwaj klocek równomiernie po stole za pomocą dynamometru. Wynik pomiaru siły zapisz w zeszycie.
6. Wyciągnij wniosek, która siła jest większa:
a) masa ciała lub maksymalna siła tarcia statycznego?
b) maksymalna siła tarcia statycznego czy siła tarcia ślizgowego?
c) siła tarcia ślizgowego czy siła tarcia tocznego?
7. Porównaj współczynnik tarcia statycznego, tarcia ślizgowego i tarcia tocznego.
a) Ciężar ciała jest większy od maksymalnej siły tarcia statycznego.
b) Maksymalna siła tarcia statycznego jest większa niż siła tarcia ślizgowego.
c) Siła tarcia ślizgowego jest większa niż siła tarcia tocznego.
d) Przy stałym ciężarze ciała współczynnik tarcia ma najmniejszą wartość, gdy ciało się toczy, a największą, gdy ciało znajduje się w spoczynku.
3. Wyznacz współczynnik tarcia ślizgowego, gdy klocek porusza się po powierzchni gumy, niepolerowanej listwie drewnianej lub papierze ściernym.
Sprzęt: dynamometr, klocek drewniany, ciężarki z dwoma haczykami - 2 szt., kawałek linoleum, listwa drewniana nieszlifowana, papier ścierny.
Kolejność pracy.
1. Oblicz wartość podziału skali hamowni.
2. Zmierz masę bloku za pomocą dynamometru. Wynik pomiaru masy zapisz w tabeli.
3. Zmierz siłę tarcia ślizgowego bloku za pomocą odważników umieszczonych na powierzchni gumy, nieszlifowanej drewnianej linijce i powierzchni papieru ściernego. Aby to zrobić, przesuń blok z ciężarkami równomiernie po stole za pomocą dynamometru. Zapisz wynik pomiaru w tabeli.
4. Oblicz współczynnik tarcia ślizgowego.
5. Wyciągnij wniosek.
Wartość podziału skali hamowni, c.d = 0,1 N.
1. Siła tarcia:
a) zależy od rodzaju powierzchni trących.
b) zależy od chropowatości powierzchni trących.
c) im większa chropowatość powierzchni, tym większy współczynnik tarcia.
2. Sposoby zwiększania lub zmniejszania siły tarcia ślizgowego:
Zwiększanie: zwiększyć chropowatość powierzchni trących, wsypać cząstki (wióry, trociny, piasek) pomiędzy powierzchnie trące.
Ogranicz: szlifowanie, polerowanie tarcie powierzchni, nakładanie smaru.
Zadanie grupowe II.
Pomiar współczynnika tarcia ślizgowego za pomocą pochyłej płaszczyzny
Sprzęt: linijka drewniana z trybometru, klocek drewniany, linijka miernicza, statyw.
Porządek pracy.
1. Za pomocą statywu przymocuj linijkę pod kątem do stołu.
2. Umieść klocek na drewnianej linijce ustawionej pod kątem.
3. Zmieniając kąt nachylenia linijki, znajdź maksymalny kąt, pod jakim klocek pozostaje w spoczynku.
4. Zmierz długość podstawy linijki i wysokość wzniesienia linijki.
5. Oblicz wartość współczynnika tarcia ślizgowego drewna o drewno korzystając ze wzoru:
6. Oblicz błąd pomiaru.
7. Wnioski.
Dane eksperymentalne.
Zmierzyliśmy wysokość wzniesienia i długość podstawy linijki.
1. Współczynnik tarcia wynosi 0,3.
2. Błąd pomiaru wynosi 0,0016.
2.Pomiar współczynnik tarcia ślizgowego podczas przewracania się bloku
Sprzęt: klocek drewniany, linijka drewniana z trybometru, nić, linijka studencka.
Kolejność pracy.
Uzasadnienie teoretyczne: Połóż klocek z nitką zawiązaną na dłuższej krawędzi na poziomej powierzchni stołu i pociągnij go za nitkę. Jeśli gwint zostanie zamocowany nisko nad powierzchnią stołu, blok będzie się ślizgał. Na pewnej wysokości h punktu A mocowania gwintu siła naciągu gwintu F przewraca blok.
Warunki równowagi dla tego przypadku względem punktu - kąta przewrócenia:
Fh – mga/2 = 0;
Zgodnie z II prawem Newtona: F – Ftr = 0;
Przetwarzanie wyników.
4. Wyciągnij wniosek.
Obliczenia eksperymentalne.
a = 45 ± 1 mm, H= 80 ± 1 mm.
1. Współczynnik tarcia wynosi 0,28.
2. Błąd pomiaru instrumentalnego wynosi 0,0098.
3.Pomiar współczynnik tarcia ślizgowego za pomocą ołówka.
Sprzęt: ołówek, drewniana linijka z trybometru, linijka studencka.
Kolejność pracy.
Uzasadnienie teoretyczne: Połóż ołówek pionowo na stole, naciśnij go, przechyl i obserwuj wzór jego upadku. Przy małych kątach nachylenia do pionu ołówek nie ślizga się względem powierzchni stołu niezależnie od wielkości siły dociskającej go do stołu. Ślizganie rozpoczyna się od pewnego krytycznego kąta, zależnego od siły tarcia.
Drugą zasadę Newtona zapisujemy w rzutach na osie współrzędnych pod kątem nachylenia równym krytycznemu. (Pomijamy siłę grawitacji mg działającą na ołówek w porównaniu z dużą siłą F).
Przetwarzanie wyników:
1. Oblicz współczynnik tarcia ślizgowego drewna o drewno korzystając ze wzoru.
2. Określ błąd pomiaru.
3. Zapisz otrzymaną odpowiedź, biorąc pod uwagę błędy pomiarowe.
4. Wyciągnij wniosek.
Obliczenia eksperymentalne.
1. Przetwarzanie wyników
α = 30 0 ,
µ= opalenizna α = sina/cosa
1. Współczynnik tarcia wynosi 0,58.
III. Podsumowując warsztaty:
Siła tarcia ślizgowego zależy od:
a) Od rodzaju powierzchni trących.
b) Z chropowatości trących się powierzchni.
c) Bezpośrednio proporcjonalna do siły nacisku.
d) Współczynnik tarcia ślizgowego podczas wzajemnego ruchu ciał po powierzchni jest wartością stałą, niezależną od siły nacisku normalnego.
e) Im większa chropowatość powierzchni, tym większy współczynnik tarcia.
Praca laboratoryjna nr 3 „Pomiar współczynnik tarcie ślizgowe”
Cel pracy: wyznaczenie współczynnika tarcia drewnianego klocka ślizgającego się po drewnianej linijce, korzystając ze wzoru F tr = = μР. Za pomocą dynamometru określa się siłę, z jaką należy ciągnąć klocek z ładunkami na poziomej powierzchni, tak aby poruszał się umiarkowanie. Siła ta jest równa sile tarcia F tr działającej na klocek. Za pomocą tego samego dynamometru możesz znaleźć masę bloku z ładunkiem. Ciężar ten jest równy modułowi siły zwykłego nacisku N klocka na powierzchnię, po której się on ślizga. Po ustaleniu w ten sposób wartości siły tarcia przy różnych wartościach siły zwykłego nacisku należy zbudować wykres zależności F tr od P i znajdowaćŚrednia wartość współczynnik tarcia(patrz praca nr 2).
Współczynnik tarcia - Fizyka w doświadczeniach i eksperymentach
Głównym urządzeniem pomiarowym w tej pracy jest dynamometr. Hamownia ma błąd Δ d =0,05 N. Jest on równy błędowi pomiaru, jeśli wskazówka pokrywa się z linią skali. Jeżeli w trakcie pomiaru wskazówka nie pokrywa się z linią skali (lub waha się), wówczas błąd pomiaru siły wynosi ΔF = 0,1 N.
Przyrządy pomiarowe: dynamometr.
Materiały: 1) blok drewna; 2) linijka drewniana; 3) zestaw odważników.
Kolejność pracy.
1. Umieść blok na poziomej linijce drewnianej. Umieść ciężarek na bloku.
2. Po przymocowaniu dynamometru do bloku, pociągnij go możliwie umiarkowanie wzdłuż linijki. Jednocześnie zmierz odczyt na hamowni.
3. Zważ blok i wagę.
4. Do pierwszego ciężarka dodać drugi i trzeci ciężarek, każdorazowo ważąc klocek i obciążniki oraz mierząc siłę tarcia.
Na podstawie wyników pomiarów wypełnij tabelę:
5. Na podstawie wyników pomiarów wykreślić zależność siły tarcia od siły nacisku i na tej podstawie określić wartość średnią współczynnik tarcie μ avg (patrz praca nr 2).
6. Oblicz największy błąd względny pomiaru współczynnika tarcia. Ponieważ.
(patrz wzór (1) pracy nr 2).
Z wzoru (1) wynika, że współczynnik tarcia mierzony był z większym błędem w doświadczeniu z jednym obciążeniem (ponieważ w tym przypadku mianowniki mają mniejszą wartość).
7. Znajdź błąd bezwzględny.
i napisz odpowiedź jako:
Należy znaleźć współczynnik tarcia ślizgowego drewnianego klocka ślizgającego się po drewnianej linijce.
Przesuwająca się siła tarcia.
gdzie N jest reakcją podporową; μ - co.
współczynnik tarcia ślizgowego, skąd μ=F tr /N;
Moduł siły tarcia jest równy sile skierowanej równolegle do powierzchni ślizgowej, która jest wymagana do równomiernego ruchu klocka z obciążeniem. Moduł reakcji podpory jest równy ciężarowi bloku z obciążeniem. Obie siły mierzone są za pomocą dynamometru szkolnego. Podczas przesuwania bloku wzdłuż linijki ważne jest, aby uzyskać równomierny ruch, aby odczyty dynamometru pozostały niezmienione i można było je znaleźć z większą dokładnością.
Masa bloku z obciążeniem R, N.
Obliczmy błąd względny:
Można zauważyć, że w eksperymencie przy minimalnym obciążeniu wystąpi duży błąd względny, ponieważ mianownik jest mniejszy.
Obliczmy błąd bezwzględny.
Uzyskany w wyniku eksperymentów współczynnik tarcia ślizgowego można zapisać jako: μ = 0,35 ± 0,05.
Wybierz go myszką i naciśnij CTRL ENTER.
Serdecznie dziękujemy wszystkim, którzy pomagają w ulepszaniu witryny! =)
Streszczenia
Jak znaleźć siłę tarcie ślizgowe f wzór na tarcie. Wzór na siłę tarcia. Zawsze istnieje, bo nie ma ciał całkowicie gładkich. Znajdź siłę tarcia. Jak znaleźć współczynnik tarcia Współczynnik tarcia. Znalezienie siły tarcia. Wzór na siłę tarcia. Części samochodowe bez smarowania Przed znajdować siła tarcia, współczynnik tarcia. Siła tarcia. Siła tarcia, jak w prawie wszystkich przypadkach, jest w przybliżeniu siłą tarcie ślizgowe Móc. WSPÓŁCZYNNIK TARCIA Co to jest WSPÓŁCZYNNIK TARCIA? Jeśli oznaczymy ciężar obiektu jako N i współczynnik tarcia m, reszta określa siłę. Współczynnik tarcia Etu siła trzeba pokonać różne grubości - jak. Praca laboratoryjna nr 3 „Pomiar współczynnika tarcia. GDZ za Pracę Laboratorium nr 3 „Pomiar współczynnika tarcia w miarę możliwości siła tarcie. Odpowiedzi | Laboratorium. Wyznaczanie współczynnika tarcie Podobnie jak przy użyciu linijki, grawitacja w kierunkach. Gdyby nie było tarcia, wydawałoby się, że bierzemy to pod uwagę współczynnik tarcia Obliczamy siłę normalną f.
Poślizg: Ftr = mN, gdzie m jest współczynnikiem tarcia ślizgowego, N jest siłą reakcji podpory, N. Dla ciała ślizgającego się po płaszczyźnie poziomej, N = G = mg, gdzie G jest ciężarem ciała, N; m – masa ciała, kg; g – przyspieszenie swobodnego spadania, m/s2. Wartości bezwymiarowego współczynnika m dla danej pary materiałów podano w podręczniku. Znając masę ciała i kilka materiałów. ślizgają się względem siebie, znajdź siłę tarcia.
Przypadek 2. Rozważmy ciało ślizgające się po poziomej powierzchni i poruszające się ze stałym przyspieszeniem. Działają na nią cztery siły: siła wprawiająca ciało w ruch, siła ciężkości, siła reakcji podpory i siła tarcia ślizgowego. Ponieważ powierzchnia jest pozioma, siła reakcji podpory i siła ciężkości są skierowane wzdłuż tej samej linii prostej i równoważą się. Przemieszczenie opisuje równanie: Fdv – Ftr = ma; gdzie Fdv jest modułem siły wprawiającej ciało w ruch, N; Ftr – moduł siły tarcia, N; m – masa ciała, kg; a – przyspieszenie, m/s2. Znając wartości masy, przyspieszenia ciała i działającej na nie siły, znajdź siłę tarcia. Jeśli te wartości nie są podane bezpośrednio, sprawdź, czy w stanie znajdują się dane, z których można znaleźć te wartości.
Przykład zadania 1: Na klocek o masie 5 kg leżący na powierzchni działa siła 10 N. W rezultacie klocek porusza się z jednostajnym przyspieszeniem i przechodzi 10 na 10. Znajdź siłę tarcia ślizgowego.
Równanie ruchu klocka jest następujące: Fdv - Ftr = ma. Tor ciała w ruchu jednostajnie przyspieszonym wyraża równość: S = 1/2at^2. Stąd możesz wyznaczyć przyspieszenie: a = 2S/t^2. Zastąp następujące warunki: a = 2*10/10^2 = 0,2 m/s2. Teraz znajdź wypadkową obu sił: ma = 5*0,2 = 1 N. Oblicz siłę tarcia: Ftr = 10-1 = 9 N.
Przypadek 3. Jeżeli ciało na poziomej powierzchni znajduje się w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym, zgodnie z drugim prawem Newtona siły są w równowadze: Ftr = Fdv.
Przykład zadania 2: Poinformowano klocek o masie 1 kg, umieszczony na płaskiej powierzchni, w wyniku czego w ciągu 5 sekund przejechał 10 metrów i zatrzymał się. Wyznacz siłę tarcia ślizgowego.
Podobnie jak w pierwszym przykładzie, na siłę przesuwania klocka wpływa siła ruchu i siła tarcia. W wyniku tego uderzenia ciało zatrzymuje się, tj. przychodzi równowaga. Równanie ruchu klocka: Ftr = Fdv. Lub: N*m = ma. Blok ślizga się ze stałym przyspieszeniem. Oblicz jego przyspieszenie podobnie jak w zadaniu 1: a = 2S/t^2. Zastąp wartości wielkości z warunku: a = 2*10/5^2 = 0,8 m/s2. Teraz znajdź siłę tarcia: Ftr = ma = 0,8*1 = 0,8 N.
Przypadek 4. Na ciało samorzutnie ślizgające się po pochyłej płaszczyźnie działają trzy siły: grawitacja (G), siła reakcji podpory (N) i siła tarcia (Ftr). Grawitację można zapisać w następującej postaci: G = mg, N, gdzie m to masa ciała, kg; g – przyspieszenie swobodnego spadania, m/s2. Ponieważ siły te nie są skierowane wzdłuż jednej prostej, należy zapisać równanie ruchu w postaci wektorowej.
Dodając siłę N i mg zgodnie z zasadą równoległoboku, otrzymujesz siłę F’. Z rysunku możemy wyciągnąć następujące wnioski: N = mg*cosα; F’ = mg*sinα. Gdzie α jest kątem nachylenia płaszczyzny. Siłę tarcia można zapisać wzorem: Ftr = m*N = m*mg*cosα. Równanie ruchu ma postać: F’-Ftr = ma. Lub: Ftr = mg*sinα-ma.
Przypadek 6. Ciało porusza się ruchem jednostajnym po pochyłej powierzchni. Oznacza to, że zgodnie z drugim prawem Newtona układ znajduje się w równowadze. Jeśli poślizg jest spontaniczny, ruch ciała jest zgodny z równaniem: mg*sinα = Ftr.
Jeżeli na ciało przyłożona zostanie dodatkowa siła (F), uniemożliwiająca ruch równomiernie przyspieszony, wyrażenie na ruch ma postać: mg*sinα–Ftr-F = 0. Oblicz stąd siłę tarcia: Ftr = mg*sinα- F.
Definicja
Siła tarcia nazywana siłą, która pojawia się podczas względnego ruchu (lub próby poruszenia) ciał i jest wynikiem oporu stawianego ruchowi otoczenia lub innych ciał.
Siły tarcia powstają, gdy stykające się ciała (lub ich części) poruszają się względem siebie. W tym przypadku tarcie pojawiające się podczas względnego ruchu stykających się ciał nazywa się zewnętrznym. Tarcie występujące pomiędzy częściami jednego ciała stałego (gazu, cieczy) nazywa się wewnętrznym.
Siła tarcia jest wektorem mającym kierunek styczny do powierzchni trących (warstw). Ponadto siła ta skierowana jest na przeciwdziałanie względnemu przemieszczeniu tych powierzchni (warstw). Jeśli więc dwie warstwy cieczy poruszają się po sobie, poruszając się z różnymi prędkościami, to siła przyłożona do warstwy poruszającej się z większą prędkością skierowana jest w kierunku przeciwnym do ruchu. Siła działająca na warstwę poruszającą się z mniejszą prędkością jest skierowana wzdłuż ruchu.
Rodzaje tarcia
Tarcie występujące pomiędzy powierzchniami ciał stałych nazywa się suchym. Występuje nie tylko wtedy, gdy powierzchnie się przesuwają, ale także podczas próby spowodowania ruchu powierzchni. W takim przypadku powstaje statyczna siła tarcia. Tarcie zewnętrzne występujące pomiędzy poruszającymi się ciałami nazywa się kinematycznym.
Prawa tarcia suchego mówią, że maksymalna siła tarcia statycznego i siła tarcia ślizgowego nie zależą od powierzchni styku ciał podlegających tarciu. Siły te są proporcjonalne do modułu normalnej siły nacisku (N), która dociska powierzchnie trące:
gdzie jest bezwymiarowym współczynnikiem tarcia (spoczynkowego lub ślizgowego). Współczynnik ten zależy od charakteru i stanu powierzchni ciał trących, na przykład od obecności szorstkości. Jeżeli tarcie występuje w wyniku poślizgu, wówczas współczynnik tarcia jest funkcją prędkości. Dość często zamiast współczynnika tarcia stosuje się kąt tarcia, który jest równy:
Kąt równy jest minimalnemu kątowi nachylenia płaszczyzny do horyzontu, przy którym ciało leżące na tej płaszczyźnie zaczyna się ślizgać pod wpływem grawitacji.
Prawo tarcia uważa się za dokładniejsze, które uwzględnia siły przyciągania między cząsteczkami ciał podlegających tarciu:
gdzie S jest całkowitą powierzchnią styku ciał, p 0 jest dodatkowym ciśnieniem powodowanym przez siły przyciągania molekularnego i jest prawdziwym współczynnikiem tarcia.
Tarcie pomiędzy ciałem stałym a cieczą (lub gazem) nazywa się lepkim (cieczą). Siła tarcia lepkiego staje się równa zeru, jeśli prędkość względnego ruchu ciał wynosi zero.
Kiedy ciało porusza się w cieczy lub gazie, pojawiają się siły oporu ośrodka, które mogą być znacznie większe niż siły tarcia. Wielkość siły tarcia ślizgowego zależy od kształtu, wielkości i stanu powierzchni ciała, prędkości ciała względem ośrodka oraz lepkości ośrodka. Przy niezbyt dużych prędkościach siłę tarcia oblicza się ze wzoru:
gdzie znak minus oznacza, że siła tarcia ma kierunek przeciwny do kierunku wektora prędkości. Wraz ze wzrostem prędkości ruchu ciał w lepkim ośrodku prawo liniowe (4) staje się kwadratowe:
Współczynniki i w istotny sposób zależą od kształtu, wielkości, stanu powierzchni ciał i lepkości ośrodka.
Dodatkowo wyróżnia się tarcie toczne, które w pierwszym przybliżeniu oblicza się ze wzoru:
gdzie k jest współczynnikiem tarcia tocznego, który ma wymiar długości i zależy od materiału, z którego zbudowane są ciała oraz jakości powierzchni itp. N to normalna siła nacisku, r to promień toczącego się korpusu.
Jednostki siły tarcia
Podstawową jednostką miary siły tarcia (jak każdej innej siły) w układzie SI jest: [P]=H
W GHS: [P]=din.
Przykłady rozwiązywania problemów
Przykład
Ćwiczenia. Małe ciało leży na poziomym dysku. Dysk obraca się wokół osi przechodzącej przez jego środek, prostopadłej do płaszczyzny z prędkością kątową. W jakiej odległości od środka dysku ciało może znajdować się w równowadze, jeśli współczynnik tarcia między dyskiem a ciałem jest równy?
Rozwiązanie. Przedstawmy na rys. 1 siły, jakie będą działać na ciało umieszczone na wirującym dysku.
Zgodnie z drugim prawem Newtona mamy:
W rzucie na oś Y z równania (1.1) otrzymujemy:
W rzucie na oś X mamy:
gdzie przyspieszenie ruchu małego ciała jest równe składowej normalnej całkowitego przyspieszenia. Siłę spoczynku wyznaczamy jako:
bierzemy pod uwagę wyrażenie (1.2), wtedy mamy:
Przyrównajmy prawe strony wyrażeń (1.3) i (1.5):
gdzie małe ciało (ponieważ spoczywa na dysku) porusza się z prędkością równą.
