Zjawisko tarcia ślizgowego jest jednym z najbardziej powszechnych zjawisk fizycznych, z którym mamy styczność właściwie na co dzień. Każdy z nas wykorzystuje tarcie do poruszania się (tarcie podeszwy o podłogę), walczy z nim przesuwając stojące na podłożu obiekty (np. szafę) oraz wykorzystuje jego działanie w różnego rodzaju urządzeniach i mechanizmach (np. hamulce tarczowe w samochodzie).
Czym jest więc zjawisko tarcia, od czego zależy i jak można analizować jego wpływ na działanie układów? – odpowiedzi znajdziecie w tym wpisie.
Wprowadzenie do zjawiska tarcia:
Tarcie ślizgowe jest efektem oddziaływania pomiędzy powierzchniami dwóch dociśniętych do siebie ciał.
Parametry te wpływają na chropowatość powierzchni oraz jej lokalną sztywność.
Dociśnięte powierzchnie na które działa siła styczna do ich połączenia w pewien sposób zazębiają się utrudniając swobodny poślizg tych powierzchni. Maksymalna siła oporu zależy od siły docisku oraz współczynnika tarcia , który właśnie ma za zadanie odwzorować wszystkie wcześniej przedstawione zmienne.
Równowaga statyczna ciał:
W analizie układów statycznych głównym prawem pozwalającym na określenie niewiadomych sił działających na układ (tj. reakcje podporowe, siły tarcia czy nacisku) jest pierwsze prawo dynamiki Newtona .
Zasadę tą można odnieść do różnych sposobów, w jakie ciało może się poruszać. W przypadku ciał na płaszczyźnie ruch może odbywać się w pionie, poziomie oraz jako obrót względem osi prostopadłej do płaszczyzny. Dzięki temu dla każdego ciała możemy zapisać trzy równania równowagi (dwa sił oraz jedno momentów), których spełnienie zapewnia statyczność układu.
Podsumowując – dzięki równaniom równowagi możemy obliczyć wartości sił tarcia , które występują w danym układzie, oraz określić czy ze względu na maksymalne wartości sił tarcia układ może pozostać w spoczynku, lub czy nie zacznie się już poruszać ze względu na niewyrównoważenie sił (druga zasada dynamiki Newtona).
Wartość siły tarcia – a działające obciążenia:
Wiemy już, że jeśli dla danego układu zapiszemy równania równowagi to możemy obliczyć wartości sił tarcia. Można to zinterpretować tak, że wartości sił tarcia zależą od konfiguracji układu ciał ale również od obciążeń na niego działających.
Wróćmy do przykładu z szafą – dopóki nie próbujemy jej przesunąć, szafa znajduje się w statycznej równowadze sił (nie przyspiesza). Wartość siły tarcia występującej pomiędzy szafą a podłożem jest równa 0. Jeżeli spróbujemy ją przesunąć, działamy na nią coraz większą siłą poziomą, a zwykle pomimo tego szafa się nie przesuwa…
Dlatego aby ułatwić sobie pracę, warto pod szafę podłożyć materiał, którego współczynnik tarcia wraz z materiałem podłoża jest mniejszy (może filc?).
Podsumowanie:
W tym wpisie omówiłem podstawy zjawiska tarcia ślizgowego, przedstawiłem od czego zależy współczynnik tarcia ślizgowego, oraz jak w jaki sposób określa się wartości sił tarcia w układach statycznych.
