Nauki przyrodnicze
MENU
STRONA GŁÓWNA
Fizyka teoretyczna
Biologia teoretyczna
Biochemia
Biologia molekularna
Ornitologia
Rośliny Polski
Botanika
Zoologia
Internetowe ZOO
Związki czynne roślin
Pierwiastki
chemiczne
Chemia
nieorganiczna
Chemia organiczna
Ciekawostki
biologiczne
Ciekawostki
fizyczne
Ciekawostki
chemiczne
Ciekawe książki
Ciekawe strony www
Słownik

INFO
INFO O AUTORZE
KONTAKT

Do działu: FIZYKA TEORETYCZNA →

Tarcie

Tarcie jest zjawiskiem, które występuje na powierzchniach styku ciał materialnych. Działanie siły tarcia obserwujemy wtedy, gdy próbujemy przesunąć względem siebie stykające się ciała.
Siła ta nie zależy od pola powierzchni zetknięcia się ciał; zależy jednak od materiału, z jakiego są one wykonane i od stanu ich powierzchni. Po prostu, każde ciało ma na sobie drobne chropowatości, które podczas kontaktu trą o siebie i utrudniają ruch.
Siła tarcia jest niezachowawcza, co oznacza, że praca wykonana przez nią lub przeciwko niej, pomiędzy dwoma ustalonymi punktami, zależy od drogi, jaką obierzemy.

Jeśli ciało jest w ruchu (ślizga się po drugim), to działa na nie siła tarcia dynamicznego, która jest skierowana przeciwnie do wektora prędkości i wywołuje efekt hamujący.
To właśnie dzięki niej, ciała w realnym świecie nie pozostają w nieskończonym ruchu, gdy są raz wprawione w ruch, lecz po pewnym czasie zatrzymują się.
Jeśli natomiast próbujemy wprawić ciało w ruch, a ono nadal pozostaje w spoczynku, to znaczy, że zapobiega temu siła tarcia statycznego.

Wartość siły tarcia dynamicznego zależy od wartości siły nacisku (jednego ciała na drugie), którą możemy oznaczyć jako N. Zależność ta jest wprost proporcjonalna, a współczynnikiem proporcjonalności jest współczynnik tarcia w ruchu μk(v). Nie jest on stałą, lecz jest zależny od prędkości względnej trących ciał, dlatego tarcie dynamiczne również zmienia się z prędkością. Oto wzór:

T = μk(v)N

gdzie: T - wartość siły tarcia dynamicznego, μk(v) - współczynnik tarcia w ruchu jako funkcja prędkości, N - wartość siły nacisku.

Wiadomo, że gdy chcemy przesunąć po podłodze jakiś ciężki przedmiot (np. szafę), to stawia on wyraźny opór. Na początku, możemy działać siłą i mimo to ciało nie przesunie się. Będzie tak dlatego, że nasza siła będzie równoważona przez przeciwnie skierowaną siłę tarcia statycznego. Ta ostatnia będzie coraz większa, wraz ze zwiększaniem się naszego naporu, aż osiągnie wartość maksymalną, po której przekroczeniu ciało ruszy.
Ta maksymalna siła tarcia statycznego, dla której ciało jest jeszcze w spoczynku, to tzw. graniczna siła tarcia. Jest ona proporcjonalna do siły nacisku, a współczynnikiem proporcjonalności jest współczynnik tarcia statycznego μs. Oto wzór:

Tg = μsN

gdzie: Tg - wartość granicznej siły tarcia statycznego, μs - współczynnik tarcia statycznego, N - wartość siły nacisku.

Jest mocną regułą, że graniczne siły tarcia statycznego są, dla tych samych ciał, większe od sił tarcia dynamicznego, a to dlatego, że z reguły: μs > μk(v).

Istnieje ciekawa metoda wyznaczania μs za pomocą równi pochyłych. Umieszczamy ciało na równiach o różnych kątach nachylenia α i wybieramy równię o maksymalnym kącie αm, dla którego ciało się jeszcze nie zsuwa.
Na ciało umieszczone na równi działa siła grawitacji Fg, która rozkłada się na siłę zsuwającą Fz i na siłę nacisku Fn = N (zobacz rysunek poniżej).
Z zależności geometrycznych, możemy wyznaczyć kąt pomiędzy Fn a Fg. Okazuje się, że jest on zawsze równy kątowi nachylenia równi. W naszym przypadku będzie to: αm.
Dzięki temu, możemy ze wzorów trygonometrycznych wyznaczyć zależności:

Fz = Fgsinαm
Fn = Fgcosαm = N

tarcie, równia pochyła

Wiemy, że w przypadku granicznej siły tarcia statycznego: Tg = μsN = μsFgcosαm.
Skoro ciało się jeszcze nie zsuwa, to siła zsuwająca musi być równoważona przez siłę tarcia granicznego. A więc:

Tg = Fz
μsFgcosαm = Fgsinαm
μscosαm = sinαm
μs = tgαm

Widzimy zatem, że współczynnik tarcia statycznego równy jest po prostu tangensowi maksymalnego kąta nachylenia równi, przy którym ciało się jeszcze z niej nie zsuwa. Oczywiście, współczynnik ten będzie różny, w zależności od materiałów, z jakich zrobione są ciało i równia oraz od stanu ich powierzchni.

MACIEJ PANCZYKOWSKI

KLIKNIĘCIE REKLAMY WSPIERA ROZWÓJ EDUKACJI PRZYRODNICZEJ W POLSCE
Zielona wyspa   Autor wortalu: Maciej Panczykowski, Copyright © 2003-2014 by Maciej Panczykowski