Co je statické tření?

Statické tření je síla, která brání pohybu dvou předmětů proti sobě, když jsou objekty zpočátku v klidu. Jednoduchým příkladem je dřevěný blok sedící na rampě - je třeba vyvinout sílu, aby se blok sklouzl dolů po rampě. Jiný termín, kinetické tření, se vztahuje na sílu, která působí proti objektům, které se již pohybují proti sobě. Pevnost těchto sil lze vypočítat a je známa jako koeficient tření. V situacích reálného života je koeficient statického tření téměř vždy vyšší než koeficient kinetický, ale v pečlivě kontrolovaných experimentech, kde byly povrchy předmětů důkladně vyčištěny, jsou tyto dva obvykle stejné.

Typicky, jak se síla aplikovaná na objekt na povrchu zvyšuje, statická třecí síla se zpočátku zvětšuje, aby se jí přizpůsobila, takže se objekt nepohybuje. Po určitém bodě se však objekt začne pohybovat a v tomto bodě klesá třecí síla, takže k udržení objektu v pohybu je vyžadována menší síla. Například třecí síla se může shodovat s aplikovanou silou až do 50 newtonů - síla se měří v newtonech (N) - ale poté může klesnout na 40 N. K získání předmětu je tedy zapotřebí síla něco přes 50 N pohybující se, ale potom bude stačit něco přes 40 N.

Výpočet koeficientu

Statické koeficienty tření lze vypočítat pro jakýkoli pevný materiál nebo dvojici materiálů. Hodnota koeficientu by se proto mohla vztahovat na dřevo na dřevo, ocel na ocel nebo ocel na dřevo. Jedním ze způsobů, jak vypočítat hodnotu pro pár materiálů, je umístit blok jednoho materiálu na rampu vyrobenou z druhého - pro jediný materiál by byl blok a rampa vyrobena ze stejné látky. Sklon na rampě se postupně zvětšuje, dokud se blok neklouže dolů. Úhel, ve kterém k tomu dojde, pak může být použit pro výpočet koeficientu statického tření.

Koeficient, je-li použit ve vzorcích a rovnicích, je označen symbolem μ - řecké písmeno mu. Dolní index se obvykle používá k rozlišení dvou: μs označuje statické tření, zatímco μ _k znamená kinetické tření. Například μs pro ocel na ocel je 0,74, zatímco μk pro tento materiál je 0,57. Tyto hodnoty platí pro typické situace v reálném životě a mohou se trochu lišit v závislosti na okolnostech. Protože hodnota μs může být ovlivněna povrchovými nepravidelnostmi, nečistotami a stopami jiných látek, považuje se hodnota μk za přesnější a obvykle se udává, když je vyžadován jednoduchý koeficient tření.

Faktory ovlivňující tření

Ke statickému tření přispívá řada faktorů, obvykle je však nejdůležitější drsnost povrchů. I když jsou vyhlazeny, různé materiály se budou lišit, pokud jde o jemné detaily jejich povrchů. Z praktického hlediska není žádný povrch zcela hladký, ale některé budou mít větší nepravidelnosti než jiné. Rozdíl je v některých případech zřejmý: například hedvábný list má velmi hladkou strukturu, která vytváří menší tření, zatímco suchá asfaltová silnice je hrubá a vytváří větší odolnost vůči pohybu. Mezi další faktory patří elektrostatická přitažlivost a typy slabých chemických vazeb, které se mohou vytvářet mezi povrchy.

Příklady

Mnoho lidí je obeznámeno se statickým třením, protože se s ním setkávají téměř denně; například to funguje, když někdo posune knihu přes stůl. Zpočátku je třeba vyvinout malé množství síly, aby se kniha pohnula, ale jakmile se pohne, začne se hrát kinetické tření a bude potřeba méně úsilí, aby se pohnula. Potřebná síla se může lišit podle okolností. Například, pokud má kniha na sobě knihovnu a je vlhká, mokrá kniha bude vyžadovat větší sílu k pohybu, zatímco zbrusu nová kniha se může velmi snadno posunout přes suchý dřevěný stůl s lakovaným povrchem.

Pro mnoho běžných materiálů a jejich kombinací jsou k dispozici tabulky statických a kinetických koeficientů tření. Vyšší hodnota znamená větší tření, takže k vyvolání pohybu je třeba vyvinout větší sílu. Například μs pro hliník na hliníku je 1,05 - 1,35, což je velmi vysoká, zatímco hodnota pro polytetrafluorethylen (PTFE) na PTFE je 0,04, což je extrémně nízká a činí ho velmi kluzkým. Je obtížné zatlačit zastavené auto do pohybu kvůli úmyslnému tření mezi pneumatikami a zemí; to umožňuje řidiči větší kontrolu a snižuje tak riziko sklouznutí vozu.

Výpočet brzdné dráhy

Jedním příkladem použití statického tření je výpočet vzdálenosti prolomení automobilu při dané rychlosti a ve zvláštních podmínkách. Za normálních okolností, když se pneumatiky otáčí po silnici, platí spíše statické než kinetické tření. Μs pro suchou pneumatiku na suché vozovce je asi 1,00, zatímco hodnota pro mokrou pneumatiku na mokré vozovce je pouze 0,2 - to znamená, že za mokra bude brzdná vzdálenost pětkrát větší. V suchých podmínkách má vůz cestující rychlostí 31 km / h (50 km / h) brzdnou dráhu 10 metrů, zatímco za mokra by brzdná vzdálenost činila 50 metrů. Když se pneumatiky klouže, spíše než valí, po povrchu - jak je tomu v případě ledových podmínek - je důležité kinetické tření.