A7. Pomiar współczynników tarcia statycznego.

1. Z czego wynikają siły tarcia?
2. Co to są siły adhezji i kohezji?
3. Jakie właściwości powinien mieć dobry olej silnikowy?
4. Dla danych dwóch materiałów mamy dany współczynnik tarcia: statycznego, suwnego,

tocznego. Które mają najmniejszą i największą wartość?

5. Dlaczego dla zmniejszenia tarcia smarujemy smarami, olejami?
6. Dlaczego dwie porowate szyby położone na siebie można przesuwać, a gładkie nie?
7. Rozkład sił działających na ciało na równi pochyłej.
8. Podstawowy wzór na współczynnik tarcia statycznego.

Ad. 2

Kohezja – ogólna nazwa zjawiska stawiania oporu przez ciała fizyczne, poddawane rozdzielaniu na części.
Jej miarą jest praca potrzebna do rozdzielenia określonego ciała na części, podzielona przez powierzchnię
powstałą na skutek tego rozdzielenia.

Kohezji nie należy mylić z adhezją czyli zdolnością do łączenia się powierzchni ciał fizycznych. Jakkolwiek
źródłem obu zjawisk jest występowanie rozmaitych oddziaływań międzycząsteczkowych, adhezja jest
zjawiskiem czysto powierzchniowym, podczas gdy kohezja wynika z sił działających wewnątrz
rozrywanego lub zgniatanego ciała.

Kohezja ciał fizycznych zależy od wielu różnych czynników. Są to m.in.:



Stan skupienia - im wyższy stopień zorganizowania cząsteczek w ciele, tym zwykle siły kohezji są
większe. Stąd największą wartość osiągają w krysztale a najmniejsze w gazach.



Oddziaływania międzycząsteczkowe między cząsteczkami tworzącymi ciało. Im są silniejsze w
przeliczeniu na jednostkę objętości, tym siły kohezji wzrastają.



W przypadku ciał stałych: mikrostruktura, która odpowiada za występowanie takich zjawisk jak
mikropęknięcia, kawitacja, dobre lub złe przenoszenie naprężeń mechanicznych.

Adhezja (łac. adhaesio – przyleganie) – łączenie się ze sobą powierzchniowych warstw ciał fizycznych lub
faz (stałych lub ciekłych).

Adhezji nie należy mylić z kohezją, gdyż kohezja jest zjawiskiem związanym z oddziaływaniami
międzycząsteczkowymi występującymi wewnątrz ciała, podczas gdy adhezja dotyczy oddziaływań
powierzchniowych.

Miarą adhezji jest praca przypadająca na jednostkę powierzchni, którą należy wykonać aby rozłączyć
stykające się ciała.

Wyjaśnienie

Adhezja wynika z oddziaływań międzycząsteczkowych stykających się substancji. Granicznym
przypadkiem odróżniającym adhezję odreakcji chemicznej jest powstanie w łączonej warstwie
nietrwałych wiązań chemicznych.

Granica między adhezją i zjawiskami powierzchniowymi zachodzącymi pod wpływem tworzenia się
wiązań chemicznych jest bardzo płynna. Np. trudno jest jednoznacznie rozróżnić "czystą adhezję" od

adhezji na skutek tworzenia się słabych wiązań wodorowych, które są jednocześnie rodzajem wiązań
chemicznych i oddziaływaniami międzycząsteczkowymi. W praktycznych badaniach inżynieryjnych (np.
skuteczności działania klejów), przez adhezję rozumie się siłę połączenia dwóch warstw klejonego
materiału bez wnikania w naturę oddziaływań powodujących powstanie trwałej spoiny.

Z makroskopowego punktu widzenia czystą adhezję opisuje się jako odwracalny termodynamiczny proces
zachodzący w warstwie łączących się materiałów wynikający z różnicy napięć powierzchniowych na styku
substancji.

Występowanie i zastosowanie

Adhezja występuje m.in. przy klejeniu (kleje adhezyjne) i malowaniu, stosowaniu kartek i taśm
przylepnych (folia adhezyjna). Zjawisko adhezji wykorzystywane jest przez niektóre zwierzęta do
poruszania się po gładkich, pionowych powierzchniach lub liściach. W polskiej faunie adhezję
wykorzystuje rzekotka drzewna (Hyla arborea). Posiada ona przylgi na palcach, których wilgotna
powierzchnia łączy się z wilgotną powierzchnią liści. Przylgi te są elastyczne, więc mogą z łatwością
dostosowywać się do kształtów powierzchni liścia.

Ad. 8 ) f

s

=tgα α- kąt nachylenia równi pochyłej do poziomu

Ad. 7 ) Ciężar Q rozkłada się na dwie składowe:

1) F=Q*sinα działa wzdłuż równi i może wprowadzić ciało w ruch
2) N=Q*cosα, która jest siłą nacisku.

ad. 1 ) Siły, które wynikają na skutek oporu środowiska, takiego jak np. opór powietrza
wywierany na szybujący pocisk czy samolot, opór wody przy płynięciu statku, żaglówki, łodzi
lub też opór jednej przestrzeni poruszającej się po drugiej. Wszelkie wcześniej wymienione siły
nazwane zostały siłami tarcia. Ich geneza jest skomplikowana, łączą je jednak wspólne cechy.
Rozmiar ich zależy od prędkości z jaką ciało przemieszcza się w pewnym środowisku, natomiast
kierunek jest ciągle zwrócony przeciwnie do ruchu.
Na ciało leżące na stoliku nie działa żadna siła tarcia. Jeżeli natomiast będziemy chcieli je
przesunąć, czujemy siłę oporu skierowaną przeciwnie do kierunku ruchu. Rozmiar tej siły zależy
w złożony sposób od rodzaju powierzchni styku. Siłę tę czujemy natychmiast, wiemy, że
mniejszą siłą musimy zadziałać na sanki by przejechały po lodzie, czy zamarzniętej powierzchni,
niż aby tą samą odległość przebyły po trawniku.

Tarcie T – siła działająca miedzy powierzchniami dwóch poruszających się względem siebie
ciał. Jest siłą oporu, działa zawsze równolegle do powierzchni styku, a jej zwrot jest
przeciwny do kierunku przemieszczania się ciała.

Głównym źródłem powstawania sił tarcia, jest chropowatość podłoży stykających się ze
sobą w czasie przemieszczania jednego ciała po drugim. Wszystkie przestrzenie, nawet te o
których są gładkie, mają pewne nierówności. Na powierzchni tej są maleńkie wypukłości oraz
wklęsłości. W trakcie poruszania jednego ciała po drugim nierówności te zazębiają się o
siebie i wywołują opór, który nazywamy tarciem.

Tarcie ślizgowe (suwne)

- występujące na styku dwóch ciał stałych, gdy ciała przesuwają się względem siebie lub gdy
ciała spoczywają względem siebie a istnieje siła dążąca do przesunięcia ciał. Tarcie ślizgowe
(t.ś.), jest zjawiskiem powszechnym i występuje zawsze, gdy styk ciał przenosi siłę nacisku.
Siła tarcia ma zwrot przeciwny do kierunku ruchu ciała lub kierunku ruchu, który zaistniałby,
gdyby tarcia nie było. T.ś. odpowiada za wiele zjawisk, np. za wydzielenie się ciepła,
elektryzowanie się ciał, a także ich niszczenie. T.ś. występuje w większości urządzeń
mechanicznych.

Tarcie spoczynkowe (statyczne)

- tarcie ślizgowe, występujące między dwoma ciałami, gdy ciała te nie przemieszczają się
względem siebie. Siła tarcia równoważy siłę działającą na ciało. Maksymalna siła tarcia jest
proporcjonalna do siły, z jaką ciało naciska na podłoże:
gdzie T - maksymalna siła tarcia, N - nacisk, µ - współczynnik tarcia statycznego zależny od
materiałów, z jakich są wykonane ciała. Siła inicjująca ruch musi przekroczyć wartość T, aby
wprawić ciało w ruch.

Tarcie ruchowe (kinetyczne):

- tarcie zewnętrzne, gdy dwa ciała ślizgają się lub toczą po sobie. Siła tarcia przeciwdziała
ruchowi.

Tarcie toczne
Tarcie toczne (nazywane również oporem toczenia) - 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 jest sklasyfikowane jako tarcie
zewnętrzne.

Ad.5 ) Tarcie płynne występuje wtedy, gdy powierzchnie tarcia są rozdzielone warstwą środka
smarnego w postaci smaru, cieczy lub gazu. Wówczas tarcie zewnętrzne jest zamieniana na
tarcie wewnętrzne czynnika smarnego. Siła tarcia płynnego zależy wyłącznie od właściwości
środka smarnego, a nie od właściwości powierzchni współpracujących. Wartość współczynnika
tarcia płynnego jest mała i zależy od grubości warstwy cieczy smarującej, jej lepkości oraz od
prędkości względnej elementów trących.