Tarcie (jeden z głównych czynników oporów ruchu) to całość
zjawisk fizycznych towarzyszących przemieszczaniu się względem
siebie dwóch ciał (tarcie zewnętrzne) lub cząstek wewnątrz tego
samego ciała (tarcie wewnętrzne) i powodujących rozpraszanie
energii podczas ruchu.
Rodzaje tarcia zewnętrznego:
Rodzaje tarcia ślizgowego:
1. Tarcie ślizgowe
1. Tarcie suche
" Tarcie statyczne
2. Tarcie płynne
" Tarcie kinetyczne
3. Tarcie graniczne
2. Tarcie toczne
4. Tarcie mieszane
3. Tarcie cięgien
Prawa tarcia sformułowane (doświadczalnie) przez Coulomba
(Leonardo da Vinci, Guillaume Amontons):
1. Siła tarcia jest niezależna od wielkości stykających się
powierzchni, a zależy od rodzaju materiałów, gładkości
powierzchni, temperatury, smaru, zanieczyszczeń.
2. Wielkość siły tarcia, dla ciała znajdującego się w spoczynku,
może zmieniać się od zera do maksymalnej wartości, zwanej
wartością graniczną (proporcjonalną do siły nacisku).
3. Siła tarcia ma zwrot przeciwny do zwrotu (kierunku)
przemieszczania się ciała, po utracie stanu równowagi i nie
zależy od prędkości poruszającego się ciała.
Przyczyny tarcia: Wskutek chropowatości powierzchnie ciał stykają się tylko
na małych obszarach styku (rzędu 1 mikrometra), występujących na
grzbietach chropowatości. Obszar tych styków jest znacznie mniejszy niż
powierzchni całkowitej stykających się ciał. W miejscach styku powstają siły
przyczepności wywołane adhezją i tworzeniem połączeń mostkowych.
Ponadto, tam, gdzie zachodzi zahaczanie się nierówności oba ciała deformują
się, a często także ścierają.
gdzie:
rð - kÄ…t tarcia
mð - współczynnik tarcia statycznego
gdzie:
mð - współczynnik tarcia statycznego
mðk - współczynnik tarcia kinetycznego
Ciało znajduje się w równowadze statycznej jeżeli wypadkowa
reakcja (siła nacisku + siła tarcia) znajduje się wewnątrz stożka
tarcia.
Przybliżone wartości współczynników tarcia ślizgowego:
statyczne mð kinetyczne mðk
Materiał stykających się powierzchni
na sucho zwilżone na sucho zwilżone
olejem olejem
Stal Ûð Stal 0.15 0.1 0.1 0.01
Metal Ûð Drewno 0.5-0.6 0.1 0.2-0.5 0.02-
0.08
Drewno Ûð Drewno 0.65 0.2 0.2-0.4 0.04-
0.16
Stal Ûð Lód 0.03 - 0.02 -
Guma Ûð Asfalt 0.45- - 0.25- -
0.7 0.4
Tarcie toczne (nazywane również oporem toczenia)  jest to opór
ruchu występujący przy toczeniu jednego ciała po drugim. Tarcie
toczne jest przykładem tarcia zewnętrznego. Tarcie toczne
powstaje na skutek odkształcalności materiału koła i podłoża.
Występuje np. pomiędzy elementami łożyska tocznego lub między kołem
pojazdu a nawierzchniÄ… drogi. Zwykle tarcie toczne jest znacznie mniejsze od
tarcia ślizgowego występującego między ciałami stałymi.
Dla niezbyt dużych prędkości toczenia, siła tarcia tocznego nie zależy od
prędkości toczenia. Gdy prędkość toczenia jest duża, tak że prędkość
powstawania odkształceń jest porównywalna z prędkością rozchodzenia się
odkształceń w materiale, opory tarcia tocznego zwiększają się gwałtownie i
przewyższają tarcie ślizgowe.
Dla małych prędkości toczenia, niezbyt plastycznych materiałów oraz
odkształceń w zakresie sprężystego odkształcenia materiałów wielkość
współczynnika tarcia tocznego  f jest zależna głównie od materiałów podłoża i
koła. Jeżeli są spełnione powyższe warunki, to tarcie toczne (suche) nie zależy
od szerokości toczonego ciała.
gdzie:
f  współczynnik tarcia tocznego [m]
MT  moment tarcia tocznego [Nm]
Warunkiem koniecznym toczenia się koła bez poślizgu, jest to żeby tarcie
ślizgowe (siła tarcia) było większe od tarcia tocznego.
Opór toczenia nie jest spowodowany tak jak w tarciu ślizgowym
zaczepianiem się nierówności, jego przyczyny wynikają z wielu
zjawisk zachodzących w trakcie styku, ściskania oraz rozdzielania
podłoża i koła. Toczące się ciało styka się z podłożem nie w jednym
punkcie lecz na pewnym obszarze. Jeśli ciało ciągnięte jest "w
prawo", reakcja podłoża nie przypada w miejscu działania nacisku
lecz jest przesunięta w kierunku toczenia, nie jest też skierowana
prostopadle w górę, ale jest odchylona od pionu w lewo poprzez
siłę tarcia. Siła tarcia ma kierunek przeciwny do siły ciągnącej i
hamuje ruch. Takie działanie siły wynika z asymetrii zjawisk
zachodzących podczas naciskania i zwalniania nacisku, głównie
histerezą sprężystą będącej objawem tarcia wewnętrznego
materiałów.
Najważniejsze zjawiska wywołujące tarcie toczne to:
1. brak symetrii (histereza sprężysta) oddziaływań przy
ściskaniu i rozprężaniu w obszarze styku podłoża i toczonego
ciała,
2. tworzenie się "wałka" przed toczącym się ciałem i praca
tracona na jego tworzenie i pokonywanie,
3. tworzenie i rozrywanie połączeń mostkowych (adhezyjnych)
między ciałami,
4. tarcie suwne - przy dużej powierzchni styku (miękkie
materiały) toczące się ciało rozsuwa podłoże z miejsca
największego nacisku.
5. deformacja plastyczna i przemieszczanie płynów, gdy na styku
występuje płyn lub materiały są plastyczne.
Niektóre czynniki wpływające na tarcie toczne kola z oponą pneumatyczną (o
oporze toczenia koła z oponą decyduje podłoże jak i rozpraszanie energii
występujące podczas uginania ścian opony):
1. Materiał - guma z większą zawartością siarki powoduje mniejszy opór toczenia opony
(twardość gumy  stopnie twardości Shore'a).
2. Rozmiar opony - opór toczenia odpowiada ugięciu ścian opony oraz powierzchni
kontaktu z podłożem. Przy tym samym ciśnieniu szersze opony rowerowe mają mniejsze
ugięcie i z tego powodu mniejszy opór toczenia (ale większy opór powietrza).
3. Stopień napompowania - mniejsze ciśnienie w oponach skutkuje większym ugięciem
ścian opony a co za tym idzie większym tarciem tocznym. Tarcie wewnętrzne w
odkształcanych ścianach opony powoduje straty energii i może doprowadzić do
przegrzania i "wystrzału" opony.
4. Za mocno napompowane opony nie zawsze zmniejszają ogólny opór toczenia, kiedy
opona przeskakuje nad nierównościami drogi, energia jest rozpraszana w wyniku
poślizgu.
5. Ugięcie ścian opony nie jest bezpośrednim wskaz
nikiem miary tarcia tocznego. Wysokiej
jakości opony z elastyczną osnową umożliwiają znacznie większe odkształcenie
przypadające na jednostkę traconej energii niż opony o sztywnych ścianach.
6. Rzez
ba bieżnika opony ma duży wpływ na opór toczenia. Czym "grubszy" wzór bieżnika,
tym większy opór toczenia. Dlatego też "szybkie" opony rowerowe mają drobny bieżnik,
a ciężarówki zużywają mniej paliwa, kiedy bieżnik jest zużyty.
7. Mniejsze koła mają większy opór toczenia niż duże.
Przybliżone wartości współczynników tarcia tocznego:
Materiał toczących się elementów Współczynnik tarcia tocznego
(koÅ‚o Ûð podÅ‚oże)
f [mm]
hartowana stal Ûð hartowana stal 0.01
stal Ûð stal 0.5
stal Ûð asfalt 6
drewno miÄ™kkie Ûð stal 0.8
drewno twarde Ûð drewno twarde 0.8
ebonit Ûð stal 7.7
polimer Ûð stal 2
guma Ûð beton 15-35
Tarciem cięgna o krążek (bęben) nazywamy siły tarcia
występujące między powierzchniami cylindrycznymi i cięgnami,
taśmami, sznurami, pasami lub linami na nie nawiniętymi. Siły te
w hamulcach taśmowych hamują wzajemny poślizg hamulca i
taśmy, natomiast w przypadku kół pasowych nie dopuszczają do
wzajemnego poślizgu koła i pasa
Równanie równowagi:
Dla małych kątów:
Mała drugiego rzędu:
Równanie równowagi:
Dla tarcia ślizgowego: