Tarcie w rozumieniu powszechnym jest zjawiskiem ogólnie występującym polegającym na przeciwstawianiu się ruchowi jednego ciała stałego po drugim ciele stałym, np. przy próbie przesunięcia ciężkiego pudełka lub podczas hamowania samochodem.
Fizycznie zjawisko tarcia dzieli się na dwie główne grupy:
- tarcie zewnętrzne,
- tarcie wewnętrzne.
Tarcie zewnętrzne jest to szeroko rozumiane zjawisko, które większość osób wyobraża sobie myśląc o tarciu, występujące przy hamowaniu, pocieraniu itd.
Tarcie wewnętrzne występuje miedzy poruszającymi się względem siebie warstwami cieczy lub gazów, powodując zamianę energii mechanicznej na energię cieplną wynikającej z ruchu tych substancji. Tarcie wewnętrzne to pojęcie przydatne w bardzo skomplikowanych przypadkach. W niniejszym artykule skoncentrujemy się na pojęciu tarcia zewnętrznego.
Tarcie zewnętrzne
Na wstępie trzeba podkreślić, że złożoność zjawiska tarcia jest duża i przedstawiona zostanie podstawowa zasada działania tego procesu.
Tarcie zewnętrzne można podzielić na:
- tarcie dynamiczne (poślizgowe, posuwiste)
- tarcie toczne
- tarcie statyczne
Jak najłatwiej zrozumieć, czym jest tarcie statyczne i dynamiczne?
Wyobraźmy sobie sytuacje, w której próbujemy poruszyć stół, aby go przemieścić w inne miejsce. Na początku zaczynamy pchać, ale stół się nie porusza, działa siła tarcia przeciwdziałająca naszej sile. W takiej sytuacji mamy do czynienia z tarciem statycznym. Działamy siłą na obiekt a mimo to on pozostaje w miejscu. W miarę zwiększania naszej siły dochodzimy do momentu, w którym stół poruszy się. Siła, jaką trzeba działać na stół, aby poruszył się z miejsca jest maksymalną wartością tarcia statycznego.
Gdy stół zaczął się poruszać zmienia się rodzaj tarcia z statycznego na dynamiczny. Teraz można trochę zmniejszyć siłę, z jaką pcha się stół a on i tak będzie się poruszał. Minimalna wartość siły, jaką przykłada się by stół nie zatrzymał się jest mniejsza od maksymalnej wartości tarcia statycznego.
Na podstawie doświadczeń w przypadku obiektu ślizgającego się po innym obiekcie (stół po podłodze) można stwierdzić, że tarcie zależy od siły, z jaką jeden obiekt jest dociskany do drugiego obiektu (jak ciężki jest stół i jak siła grawitacji dociska go do podłogi) oraz od współczynnika tarcia, zależnego od rodzaju powierzchni, jakimi obiekty trą o siebie (inaczej guma o drewno a inaczej metal o metal).
Z fizycznego punktu widzenia tarcie zarówno statyczne jak i dynamiczne nie zależy od pola powierzchni stykających się powierzchni. Nie istotne jest czy stół stoi na czterech nogach, czy leży blatem na podłodze siły tarcia statycznego i dynamicznego są takie same.
Tarcie statyczne oblicza się z wzoru:
\(T_s= \mu \cdot m\cdot g\) lub \(T_s= \mu \cdot F_n\)
gdzie:
\(T_s\) – tarcie statyczne [N],
\(f\) – współczynnik tarcia statycznego zależny od rodzaju stykających się powierzchni,
\(m\) – masa obiektu stojącego na powierzchni (podłodze) [kg],
\(g\) – przyspieszenie ziemskie \(\left [ \dfrac{m}{s^2} \right ]\),
\(F_n\) – siła nacisku (siła z jaką jeden obiekt jest dociskany do drugiego\) [N].
Tarcie dynamiczne oblicza się z wzoru:
\(T_d=f\cdot m\cdot g\) lub \(T_d=f\cdot F_n\)
gdzie:
\(T_d\) – tarcie dynamiczne [N],
\(f\) – współczynnik tarcia dynamicznego zależny od rodzaju stykających się powierzchni,
\(m\) – masa obiektu stojącego na powierzchni (podłodze) [kg],
\(g\) – przyspieszenie ziemskie \(\left [ \dfrac{m}{s^2} \right ]\),
\(F_n\) – siła nacisku (siła z jaką jeden obiekt jest dociskany do drugiego\) [N].
Tarcie toczne
Tarcie toczne występuje w przypadku gdy stykają się walec, kula, z podłożem np. kolo rowerowe. Tarcie toczne zależy od rodzaju powierzchni stykających się z sobą, od siły dociskającej jedno ciao do drugiego oraz od promienia toczonego koła lub kuli.
Tarcie toczne jest w porównaniu z tarciem dynamicznym wymaga mniejszej siły aby utrzymać obiekt w ruchu. Z tego powodu kształty obrotowe są tak powszechne w codziennym życiu i dlatego właśnie wynalazek, jakim było koło był tak istotnym.
Do obliczenia siły tarcia tocznego służy wzór:
\(T=\mu \cdot \dfrac{F_n}{R}\)
gdzie:
\(T\) – tarcie toczne [N],
\(\mu \) – współczynnik tarcia tocznego [m],
\(F_n\) – siła nacisku (siła z jaką ciała są dociskane do siebie) [N],
\(R\) – promień toczącego się obiektu [m].
Tarcie toczne podobnie jak i tarcie dynamiczne i statyczne nie zależą od wielkości stykających się powierzchni. Tak rozpatrywane tarcie z uwzględnieniem, że ciała się nie odkształcają nie ścierają.
Tarcie toczne jednak w rzeczywistości polega właśnie na tym, że obiekt toczący lub podłoże odkształca się w pewnym stopniu. Gdy do tarcia doda się możliwość odkształcania się powierzchni (opona samochodowa odkształca się) to dość proste tarcie zamieni się w bardziej skomplikowane pojecie, zależne od powierzchni stykania się obiektów).
Przy omawianiu tego pojęcia należy sprostować bardzo często mylnie interpretowane zagadnienie z motoryzacji. Montując w samochodzie większe hamulce tarczowe nie zmniejszmy jego drogi hamowania. Jeśli sam pojazd jest w stanie zblokować koła z mniejszymi tarczami (czyli jest w stanie wywołać każdy rodzaj nacisku na koło) to jest w stanie też zatrzymać koło z większą tarczą. Większe czy pod jakimś względem lepsze hamulce pomagają dłużej hamować, podczas długich hamowań (w górach, na torach wyścigowych), by hamulce się nie przegrzały, ponieważ to może spowodować czasowe uszkodzenie hamulców.
Tarcie Wasze opinie