Tarcie

Mówiąc w skrócie  tarcie  jest to siła oporu ruchu.

A teraz przechodząc do szczegółów:) - jeżeli będziemy przesuwać ciało po jakiejś powierzchni to zaobserwujemy pojawienie się siły tarcia, czyli właśnie oporu utrudniającego wykonywanie ruchu. Po zaniku siły propagującej ruch ciało po pewnym czasie się zatrzyma to wszystko ze względu na tarcie.

Jaka jest przyczyna pojawienia się tarcia? Z mikroskopijnego punktu widzenia powierzchnia każdego ciała nawet najbardziej gładkiego, wyszlifowanego ma swojego rodzaju „zadziory”, które utrudniają swobodne przemieszczanie. Im bardziej dociśniemy ciało do powierzchni, która również takie zadziory posiada, tym trudniej będzie je przesunąć. Siła tarcia będzie większa.

Z tego wynika, że siła tarcia jest zależna od nacisku oraz od struktury powierzchni. Strukturę powierzchni opisuje się za pomocą współczynnika tarcia. O współczynniku tarcia więcej powiedziałem w poprzednim artykule ( Współczynnik tarcia).

Można powiedzieć, że wyróżniamy dwa rodzaje tarcia.

1. a) zacznijmy od tarcia dynamicznego: Jest to tarcie, które pojawia się gdy ciało się już porusza. To tarcie jest skierowane przeciwnie do kierunku ruchu próbując zatrzymać poruszające się ciało.
2. b) Siła tarcia statycznego: to tarcie pojawia się w ciele, które jest w spoczynku, ale przykładamy siłę, żeby wprawić ciało w ruch. To tarcie oczywiście za wszelką cenę próbuje „ nie dopuścić ” do ruchu.

Zwykle siła tarcia statycznego jest większa od dynamicznego, dlatego że trudniej jest wprowadzić coś w ruch niż później tylko utrzymywać w ruchu. Takim ciekawym przykładem mogą być przymarznięte sanki do podłoża. Aby wprowadzić je w ruch trzeba przyłożyć naprawdę sporą siłę, ale jak już uda nam się je rozpędzić to utrzymanie ruchu to już „pestka”. 

Teraz rozpatrzymy 2 przypadki, z którymi na pewno będziesz miał do czynienia podczas liczenia zadań z dynamiki. Pierwszy przypadek będzie na płaskim podłożu, natomiast drugi na równi pochyłej. Jak można obliczyć tutaj siłę tarcia?

1. a) siła tarcia na płaskiej powierzchni

Tarcie obliczamy mnożąc nacisk ze współczynnikiem tarcia:

T=N*f

W tym przypadku, jak widzisz, 100% ciężaru wpływa na nacisk. Im większy ciężar tym większy nacisk. Skoro tak to w miejsce nacisku możemy wstawić Q, czyli ciężar:

T=Q*f

Ciężar natomiast to masa razy przemieszenie ziemskie ( jeśli znajdujemy się na ziemi)

T=m*g*f

1. b) Teraz wyprowadzimy wzór na siłę tarcia na równi pochyłej nachylonej do podłoża pod kątem α

Siła tarcia w każdym przypadku czy to jest powierzchnia gładka, czy równia pochyła zawsze jest równe

T=N*f

Nacisk zawsze jest skierowany prostopadle do podłoża, po której przemieszcza się ciało, natomiast ciężar zawsze jest prostopadły do powierzchni ziemi. W przypadku równi pochyłej ciężar i nacisk się nie nakładają tak jak w pierwszym przypadku. W zadaniach zwykle będziesz znał masę oraz przyspieszenie danej planety. A skoro tak to ciężar zwykle w zadaniach będziesz znał. Zazwyczaj również będziesz znał kąt α. Znając kąt oraz wartość przeciwprostokątnej w trójkącie prostokątnym, czyli Q spokojnie możemy skorzystać z trygonometrii i przeliczyć ciężar na nacisk.

Trzeba skorzystać z cosinusa, bo cosinus to:

Przekształcając powyższe równania otrzymujemy, że nacisk jest równy:

N=cosα*Q

N= cosα*m*g

Mając już wzór na siłę nacisku w tym przypadku możemy napisać, że tarcie na równi pochyłej jest równe:

T=N*f

T= cosα*m*g *f