Tarcie to siła, która przeciwstawia się ruchowi obiektu. Aby zatrzymać poruszający się obiekt, siła musi działać w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu. Na przykład, jeśli popchniesz piłkę leżącą na podłodze, ona się poruszy. Siła pchnięcia przenosi go w inne miejsce. Stopniowo piłka zwalnia i przestaje się poruszać. Siła przeciwstawiająca się ruchowi obiektu nazywana jest tarciem. W przyrodzie i technologii istnieje ogromna liczba przykładów zastosowania tej siły.
Rodzaje tarcia
Istnieją różne rodzaje tarcia:
Ostrze łyżwy poruszające się po lodzie jest przykładem poślizgu. Gdy łyżwiarz porusza się po lodowisku, spód łyżew dotyka podłogi. Źródłem tarcia jest kontakt powierzchni łopaty z lodem. Waga przedmiotu i rodzaj powierzchni, po której się porusza, determinujewielkość poślizgu (tarcia) między dwoma przedmiotami. Ciężki przedmiot wywiera większy nacisk na powierzchnię, po której się ślizga, więc będzie większe tarcie ślizgowe. Ponieważ tarcie jest spowodowane siłami przyciągania między powierzchniami obiektów, wielkość tarcia zależy od materiałów dwóch oddziałujących obiektów. Spróbuj jeździć na łyżwach po gładkim jeziorze, a okaże się to o wiele łatwiejsze niż po wyboistej szutrowej drodze
- Tarcia spoczynkowe (kohezja) - siła, która występuje między 2 stykającymi się ciałami i zapobiega wystąpieniu ruchu. Na przykład, żeby przesunąć szafę, wbić gwóźdź czy zawiązać sznurowadła, trzeba pokonać siłę przyczepności. Istnieje wiele podobnych przykładów tarcia w przyrodzie i technologii.
- Kiedy jeździsz na rowerze, kontakt między kołem a drogą jest przykładem tarcia tocznego. Gdy obiekt toczy się po powierzchni, siła wymagana do pokonania tarcia tocznego jest znacznie mniejsza niż siła wymagana do pokonania poślizgu.
Tarcia kinetyczne
Kiedy położyłeś książkę na stole i przesunęła się na pewną odległość, doświadczyła tarcia poruszających się obiektów. Siła ta jest znana jako kinetyczna siła tarcia. Działa na jedną powierzchnię drugą, gdy dwie powierzchnie ocierają się o siebie, ponieważ jedna lub obie powierzchnie się poruszają. Jeśli umieścisz dodatkowe książki na pierwszej książce, aby zwiększyć siłę normalną, siła tarcia kinetycznego będziewzrost.
Istnieje następujący wzór: Ftarcie=ΜFn. Siła tarcia kinetycznego jest równa iloczynowi współczynnika tarcia kinetycznego i siły normalnej. Między tymi dwiema siłami istnieje liniowa zależność. Współczynnik tarcia kinetycznego wiąże siłę tarcia z siłą normalną. Ponieważ jest to siła, jednostką jej pomiaru jest Newton.
Tarcia statyczne
Wyobraź sobie, że próbujesz pchać sofę po podłodze. Naciskasz go z niewielką siłą, ale się nie porusza. Siła tarcia statycznego działa w odpowiedzi na siłę, próbując wywołać ruch nieruchomego obiektu. Jeśli nie ma takiej siły na obiekcie, siła tarcia statycznego wynosi zero. Jeśli jakaś siła próbuje wywołać ruch, druga siła wzrośnie do swojej maksymalnej wartości, zanim zostanie pokonana i ruch się rozpocznie.
Formuła dla tego widoku: Ftarcie=ΜsFn. Siła tarcia statycznego jest mniejsza lub równa iloczynowi współczynnika tarcia statycznego Μ (s) i siły normalnej F (n). W przykładzie sofy maksymalna siła tarcia statycznego równoważy siłę osoby popychającej ją, aż sofa zacznie się poruszać.
Pomiar współczynników tarcia
Co decyduje o sile tarcia? W naturze i technologii pewną rolę odgrywają materiały, z których wykonane są powierzchnie. Na przykład wyobraź sobie, że próbujesz grać w koszykówkę, nosząc skarpetki zamiast butów sportowych. Możeznacznie pogorszą Twoje szanse na wygraną. But pomaga zapewnić moc potrzebną do hamowania i szybkiej zmiany kierunku podczas biegania po powierzchni. Między Twoimi butami a boiskiem do koszykówki jest więcej tarcia niż między Twoimi skarpetkami a polerowaną drewnianą podłogą.
Różne współczynniki pokazują, jak łatwo jeden obiekt może przesuwać się po drugim. Ich dokładne pomiary są dość wrażliwe na warunki powierzchniowe i są określane eksperymentalnie. Mokre powierzchnie zachowują się zupełnie inaczej niż suche powierzchnie.
Fizyka: siła tarcia w naturze i technologii
Ciągle doświadczasz tarcia i powinieneś się cieszyć, że to możliwe. To właśnie ta siła pomaga utrzymać nieruchome przedmioty na miejscu, a osoba nie upada podczas chodzenia. Co to jest tarcie? W naturze i technologii przykłady można znaleźć na każdym kroku. Możesz nie zdawać sobie z tego sprawy, ale już dobrze znasz tę moc. Występuje w przeciwnym kierunku ruchu iz tego powodu jest siłą, która wpływa na ruch obiektów.
Kiedy przesuwasz pudło po podłodze, tarcie działa na pudło w przeciwnym kierunku niż pudło. Kiedy schodzisz z góry, tarcie działa przeciwko ruchowi w dół. Kiedy używasz hamulców w samochodzie i poruszasz się przez chwilę, tarcie działa przeciwnie do kierunku poślizgu, co ostatecznie pomaga całkowicie zatrzymać poślizg.
Kiedy dwa obiekty „ocierają się” o siebie, powstają siłyprzyciąganie między cząsteczkami obiektów, powodujące tarcie. W naturze i technologii może zachodzić pomiędzy niemal dowolnymi fazami materii - ciałami stałymi, cieczami i gazami. Tarcie występuje między dwoma przedmiotami, takimi jak pudełko i podłoga, ale może również wystąpić między rybami a wodą, w której pływają, a przedmiotami spadającymi w powietrzu. Tarcie od powietrza ma specjalną nazwę: opór powietrza.
Rola tarcia w przyrodzie, technologii, życiu
Tarcie jest integralną częścią ludzkiego doświadczenia. Potrzebujemy przyczepności, aby chodzić, stać, pracować i jeździć. Jednocześnie potrzebujemy energii, aby pokonać opory ruchu, więc zbyt duże tarcie wymaga nadmiaru energii do wykonania pracy, co skutkuje nieefektywnością. W XXI wieku ludzkość stoi przed podwójnymi wyzwaniami, jakimi są niedobory energii i globalne ocieplenie spowodowane spalaniem paliw kopalnych. Tak więc zdolność do kontrolowania tarcia stała się najwyższym priorytetem w dzisiejszym świecie. Jednak wielu wciąż nie rozumie fundamentalnej natury tarcia.
Tarcia w naturze i technologii (fizyka) zawsze były przedmiotem ciekawości. Intensywne badania nad pochodzeniem tej siły rozpoczęły się w XVI wieku, po pionierskiej pracy Leonarda da Vinci. Jednak postęp w zrozumieniu jego natury jest powolny, hamowany przez brak instrumentu do dokładnych pomiarów. Pomysłowe eksperymenty przeprowadzone przez naukowca Coulomba i innych dostarczyły ważnych informacji, które położyły podwaliny pod zrozumienie. Od końca XIX wieku i na początkuParowozy, lokomotywy, a następnie samoloty pojawiły się w 1900 roku. Ponadto eksploracja kosmosu wymaga jasnego zrozumienia tarcia i umiejętności jego kontrolowania.
Znaczący postęp w stosowaniu i kontrolowaniu tarcia w technologii naturalnej w życiu codziennym został dokonany metodą prób i błędów. Na początku XXI wieku, dzięki zastosowaniu nanotechnologii, pojawił się nowy wymiar tarcia w nanoskali. Ludzka wiedza na temat tarcia atomowego i molekularnego szybko się poszerza. Obecnie efektywność energetyczna i produkcja energii odnawialnej wymagają natychmiastowej uwagi, ponieważ nauka dąży do zmniejszenia emisji dwutlenku węgla. Możliwość kontrolowania tarcia staje się ważnym krokiem w poszukiwaniu zrównoważonych technologii. To jest wskaźnik efektywności energetycznej. Jeśli możliwe jest zmniejszenie niepotrzebnych strat energii i zwiększenie bieżącej efektywności energetycznej, da to czas na opracowanie alternatywnych źródeł energii.
Przykłady tarcia w życiu
Tarcie to siła, która jest oporna. Utrudnia ruch innego przedmiotu poprzez przyłożenie pewnej siły. Ale skąd bierze się ta moc? Po pierwsze, warto zacząć rozważać to od poziomu molekularnego. Tarcie, które obserwujemy w życiu codziennym, może być spowodowane chropowatością powierzchni. Właśnie to naukowcy przez długi czas uważali za główny powód jego pojawienia się.
Najprostsze przykłady tarcia w przyrodzie i technologii są następujące:
- Podczas chodzenia siła tarcia, którawpływa na podeszwę, daje nam możliwość posuwania się naprzód.
- Drabina oparta o ścianę nie spada na podłogę.
- Ludzie wiążą sznurowadła.
- Bez siły tarcia samochody nie byłyby w stanie jeździć nie tylko pod górę, ale także po płaskiej drodze.
- W naturze pomaga zwierzętom wspinać się po drzewach.
Istnieje wiele takich punktów, są też przypadki, w których ta siła może przeszkadzać. Na przykład, aby zmniejszyć tarcie, ryby otrzymują specjalny lubrykant, dzięki któremu oprócz opływowego kształtu ciała mogą płynnie poruszać się w wodzie.
