Co to jest tarcie toczne?

Tarcie toczne to siła oporowa działająca w celu spowolnienia ruchu kuli, cylindra lub koła, które poruszają się w linii prostej po płaskiej powierzchni. Siła ta jest w dużej mierze wynikiem właściwości materiału obiektu i powierzchni, z którą się styka. Odkształcenia lub nieregularności w obiekcie lub powierzchni są ważnymi czynnikami wpływającymi na wielkość tarcia tocznego, podobnie jak obszar styku między nimi.

Na powierzchni większości rzeczy występują niewielkie nieregularności, bez względu na to, jak gładkie mogą się wydawać. Gdy obiekt w spoczynku ma kontakt z powierzchnią, nierówności te chwytają się, powstrzymując ruch. To jest tarcie statyczne.

Siła przyłożona do obiektu w celu zainicjowania ruchu musi być wystarczająca do pokonania tarcia statycznego. Aby pozostać w ruchu, obiekt w ruchu musi pokonać opór spowodowany nieprawidłowościami. Opór ten jest tarciem kinetycznym.

Gdy zarówno materiały, z których składa się przedmiot, jak i powierzchnia, są względnie sztywne, występuje niewielka deformacja w kształcie przedmiotu lub elastyczności powierzchni. W tym przypadku głównymi czynnikami determinującymi tarcie toczne są tarcie statyczne lub kinetyczne i tarcie molekularne. Tarcie molekularne nie jest wynikiem nieregularności powierzchni, ale wiązań chemicznych i interakcji elektrycznych.

Mniej sztywne materiały mogą pozwolić na odkształcenie kształtu lub elastyczności przedmiotu lub powierzchni z powodu ich interakcji. Obiekt, taki jak opona lub koszykówka, może się zdeformować podczas toczenia. Zmiana kształtu miękkiego obiektu poruszającego się po twardej powierzchni zwiększa obszar kontaktu obiektu z powierzchnią. Tarcie kinetyczne jest zwiększone, a także rośnie wartość tarcia tocznego.

Jeśli powierzchnia, po której porusza się obiekt, jest miękka lub elastyczna, obiekt zapadnie się w powierzchnię i będzie musiał przedrzeć się przez nią. Jest to znane jako efekt orki i jest głównym składnikiem tarcia tocznego w tych okolicznościach. Siła oporu nie rozkłada się równomiernie na obszarze kontaktu z przedmiotem. Deformacja powierzchni jest największa w kierunku ruchu obiektu. To w efekcie zwiększa tarcie statyczne, a tym samym tarcie toczne.

Jeśli zarówno obiekt, jak i powierzchnia są elastyczne, interakcja między nimi jest względna i można nią manipulować w celu uzyskania pożądanego rezultatu. Odkształcenie kształtu obiektu może sprawić, że elastyczność powierzchni będzie łatwiejsza do opanowania. Często łatwiej jest prowadzić samochód przez miękki brud, jeśli na przykład opony samochodu nie są w pełni napompowane.