Nawet w latach szkolnych, w siódmej lub ósmej klasie, każda osoba zapoznaje się z nową koncepcją fizyki dynamicznej - tarciem. Jednak wielu, dojrzewając, zapomina, czym jest tarcie i jak działa ta siła. Spróbujmy zrozumieć ten temat.
Definicja pojęcia
Tarcie to zjawisko, które ma następujące znaczenie: kiedy dwa ciała stykają się ze sobą, w miejscu ich kontaktu powstaje specjalna interakcja, zapobiegająca dalszemu przemieszczaniu się ciał względem siebie. Oczywiste jest, że można obliczyć wartość interakcji tych ciał. Siła tarcia charakteryzuje tę interakcję ilościowo. Jeśli między sztywnymi ciałami występuje tarcie (na przykład, interakcja książki z półką na książki lub jabłka ze stołem), to interakcja ta nazywana jest tarciem suchym.
Należy zrozumieć, że tarcie jest siłą o charakterze elektromagnetycznym. Oznacza to, że przyczyną tej siły jest oddziaływanie między cząsteczkami tworzącymi to lub inne ciało.
Co to jest tarcie?
Ze względu na różnorodność przedmiotów, które istnieją w naszym świecie, możeszustalić, że każdy z nich ma swoją własną strukturę i posiada indywidualne właściwości. Oznacza to, że interakcja między różnymi przedmiotami będzie inna. W celu prawidłowego zrozumienia istoty i kompetentnego rozwiązania wielu problemów w fizyce zwyczajowo warunkowo oddziela się trzy rodzaje tarcia. Przeanalizujmy więc każdą z osobna:
- Pierwsze tarcie to tarcie statyczne, które występuje, gdy nie ma względnego ruchu dwóch ciał. Wszędzie widzimy jego przykłady, ponieważ siła generowana przez to tarcie utrzymuje przedmioty w równowadze. Na przykład towary na ruchomym przenośniku taśmowym, gwóźdź wbity w ścianę lub osoba stojąca na podłodze.
- Tarcie ślizgowe jest warunkowo drugim tarciem. Wartość poślizgu definiuje się w następujący sposób: gdy na ciało w stanie równowagi zostanie przyłożona siła większa niż siła tarcia statycznego, zaczyna działać siła tarcia ślizgowego i ciało się porusza.
- I wreszcie tarcie toczne, które wyjaśnia interakcję dwóch ciał, z których jedno toczy się po powierzchni drugiego. Różnicę w tarciu tocznym i ślizgowym tłumaczy się tym, że przy każdym ruchu obszary ciała przemieszczają się wzdłuż długości powierzchni styku, a zamiast zerwanych wiązań międzycząsteczkowych powstają nowe. A w przypadku, gdy koło toczy się bez poślizgu, wiązania molekularne pękają znacznie szybciej, gdy sekcje koła są podnoszone, niż podczas ślizgania. Okazuje się, że siła tarcia tocznego jest mniejsza niż siła poślizgu.
Gdzie i jak można wykorzystać tarcie?
Tarcie jestniezastąpione zjawisko, bez którego nie bylibyśmy w stanie robić rzeczy elementarnych: chodzić, siedzieć, czy po prostu trzymać przedmioty w dłoniach. Dlatego nie lekceważ znaczenia tarcia. Jak powiedział francuski fizyk Guillaume: „Gdyby nie było tarcia, nasza Ziemia byłaby bez żadnej szorstkości, byłaby jak kropla cieczy”.
Być może najlepszym przykładem, który najdokładniej charakteryzuje tarcie, jest działanie koła. Już w starożytności zauważono, że siły tarcia tocznego są znacznie mniejsze niż siły tarcia ślizgowego. To niezaprzeczalne zalety tarcia tocznego powodowały, że ludzie umieszczali kłody lub rolki w celu przemieszczania ciężkich i nieporęcznych ładunków. Z biegiem czasu ludzie pogłębili swoją wiedzę na temat niesamowitych właściwości tarcia tocznego, obserwowali ruch obiektów pod wpływem sił tarcia, aż wreszcie wynaleźli koło! We współczesnym świecie nie sposób wyobrazić sobie życia bez tych niezastąpionych części, bo koła to drugi „silnik” każdego transportu!
Jak obliczyć wartość siły tarcia?
Jak każda inna siła, siła tarcia ma wartości całkowite. Aby dokładnie określić, jaka siła jest potrzebna do ruchu lub innego rodzaju pracy, konieczne jest obliczenie siły tarcia statycznego. Inżynierowie zwykle robią to, gdy na przykład budują fabryki lub wynajdują nowe urządzenia. Jednak nawet zwykłe dzieci w wieku szkolnym mają do czynienia z pewnymi zadaniami, w których wymagane jest obliczenie siły tarcia. Więc żeby to policzyćwartości, wystarczy użyć prostego wzoru: Ftarcie=KN, gdzie k jest współczynnikiem tarcia. Wartość wszystkich współczynników zawsze zależy od powierzchni obiektu, na którym ciało porusza się lub oddziałuje. „N” w naszym wzorze oznacza siłę reakcji podparcia na ciele. Zależy to przede wszystkim od masy ciała, które styka się z powierzchnią podpory.
Oblicz wartość siły w zadaniu
Załóżmy, że ciało o masie m=3 kg znajduje się na poziomej płycie. Współczynnik tarcia deski drewnianej o korpus wynosi 0,3 Jak obliczyć wartość siły tarcia? To bardzo proste, wystarczy wpisać nasze wartości do wzoru. Musisz tylko wziąć pod uwagę, że N w tym przypadku jest równe ciężarowi ciała (zgodnie z 3. prawem Newtona). Tak więc pożądana siła to (mg)k=(3 kg10 m/s2)0, 3=9 H.
