Zjawisko tarcia ślizgowego

Tarcie ślizgowe (tarcie suwne) to tarcie występujące na styku dwóch ciał stałych (jest

tarciem zewnętrznym), gdy ciała przesuwają się względem siebie lub gdy ciała spoczywają
względem siebie a istnieje siła dążąca do przesunięcia ciał. Tarcie ślizgowe jest zjawiskiem
powszechnym i występuje zawsze, gdy styk ciał przenosi siłę nacisku, odpowiada ono za wiele
zjawisk, występuje w większości urządzeń mechanicznych.

Jeżeli ciała pozostają w spoczynku względem siebie, to tarcie nazywane jest tarciem

statycznym (spoczynkowym), a siła - siłą tarcia statycznego. Gdy ciała poruszają się względem
siebie to tarcie nazywa się tarciem ruchowym (kinetycznym, dynamicznym), a siła - siłą tarcia
kinetycznego.

W ogólności dokładne wyjaśnienie przyczyn i wielkości siły tarcia jest trudne i nie jest

dokładnie poznane. Podstawowe prawidłowości zachodzące dla tarcia ślizgowego znał już
Leonardo da Vinci, pisał o nich Guillaume Amontons, a zbadał je dokładnie upowszechnił Charles
Coulomb. Prawa te są prawami empirycznymi, zostały sformułowane całkowicie na drodze
obserwacji i doświadczeń. Dlatego nie są zawsze spełnione dokładnie.

W przypadku ciała pozostającego w spoczynku na chropowatej powierzchni zależność

między siłą tarcia T a naciskiem normalnym N wyraża się następująco
gdzie μ

 współczynnik tarcia ślizgowego (statycznego).

Jeżeli siła tarcia osiąga swą graniczną wartość, co oznacza, że tarcie jest całkowicie

rozwinięte, to siła tarcia przedstawia się następująco
Kierunek siły tarcia T, działającej na ciało znajdujące się w spoczynku, jest przeciwny do kierunku
ruchu, który zaistniałby, gdyby tarcia nie było.

Kąt tarcia jest to maksymalny kąt , o jaki może się odchylić linia działania całkowitej reakcji



R od kierunku normalnej do powierzchni styku i zachodzi następująca zależność

W przypadku ciała ślizgającego się po chropowatej powierzchni siła tarcia jest skierowana

przeciwnie do kierunku ruchu, a jej wartość jest określona zależnością

gdzie u



k



współczynnik tarcia ślizgowego (kinetycznego).

Pierwsze prawo tarcia:

Siła tarcia ślizgowego między dwoma ciałami jest proporcjonalna do składowej normalnej siły
utrzymującej ciała w zetknięciu, co wyraża wzór:

T = μN

gdzie:
N – siła dociskająca powierzchnie trące, prostopadła do powierzchni styku ciał
μ — współczynnik tarcia (zależy od wielu czynników)

Jeżeli ciała pozostają w spoczynku względem siebie, to siła tarcia równoważy działającą siłę. Wzór
powyższy określa maksymalną wartość siły tarcia statycznego. Gdy ciała poruszają się względem
siebie wzór określa wartość siły tarcia. Współczynniki tarcia kinetycznego i statycznego są
zazwyczaj różne.
Siła tarcia statycznego ma kierunek działania siły równoległej do trących powierzchni i przeciwny
do niej zwrot. Siła tarcia kinetycznego ma kierunek ruchu wzajemnego ciał, a zwrot przeciwny do
zwrotu ruchu.

Drugie prawo tarcia:

Siła tarcia ślizgowego nie zależy od wielkości powierzchni zetknięcia ciał.

Trzecie prawo tarcia:

Z chwilą wprowadzenia ciała w ruch, siła tarcia nie zależy od prędkości ślizgających się ciał.

Przyczyna 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.

Zjawisko tarcia toczenia

Tarcie toczne (nazywane również oporem toczenia) to opór ruchu występujący przy toczeniu

jednego ciała po drugim. Występuje np. pomiędzy elementami łożyska tocznego, między oponą a
nawierzchnią drogi. Zwykle tarcie toczne jest znacznie mniejsze od tarcia ślizgowego
występującego między ciałami stałymi, dlatego toczenie jest częstym rodzajem ruchu w technice.
Tarcie toczne występuje na granicy dwóch ciał i dlatego jest sklasyfikowane jako tarcie zewnętrzne.

Tarcie toczenia powstaje przy usiłowaniu przetoczenia walca o ciężarze G po poziomej

płaszczyźnie.

W przypadku toczenia walca wartość siły tarcia tocznego T musi być mniejsza od wartości

siły tarcia ślizgowego

N rozwiniętego, co wyraża się nierównością

gdzie f

 współczynnik tarcia tocznego

r

 promień walca

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 (Rp) nie przypada w
miejscu działania nacisku lecz jest przesunięta w kierunku toczenia, nie jest też skierowana

prostopadle w górę, ale jest odchylona od pionu "trochę w lewo". Składowa pozioma Ft reakcji
podłoża (Rp) ma kierunek przeciwny do siły ciągnącej i hamuje ruch. Takie działanie siły wynika z
nie symetrii zjawisk zachodzących podczas naciskania i zwalniania nacisku, głównie histerezą
sprężystą będącej objawem tarcia wewnętrznego materiałów.

Najważniejsze zjawiska wywołujące tarcie toczne to:
* brak symetrii (histereza sprężysta) oddziaływań przy ściskaniu i rozprężaniu w obszarze styku
podłoża i toczonego ciała,
* tworzenie się "wałka" przed toczącym się ciałem i praca tracona na jego tworzenie i pokonywanie,
* tworzenie i rozrywanie połączeń mostkowych (adhezyjnych) między ciałami,
* tarcie suwne - przy dużej powierzchni styku (miękkie materiały) toczące się ciało rozsuwa
podłoże z miejsca największego nacisku,
* deformacja plastyczna i przemieszczanie płynów, gdy na styku występuje płyn lub materiały są
plastyczne,