Tarcie ślizgowe (tarcie suwne) - 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.
Pierwsze prawo tarcia
Siła tarcia ślizgowego między dwoma ciałami jest proporcjonalna do składowej normalnej siły utrzymującej ciała w zetknięciu, co wyraża wzór:
gdzie:
N – siła dociskająca powierzchnie trące, prostopadła do powierzchni styku ciał
μ — współczynnik tarcia
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[1].
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.
Sposoby zwiększania lub zmniejszania tarcia
Sposoby zmniejszania tarcia:
-stosowanie smarów,olejów, lub innych substancji
-stosowanie łożysk kulkowych,
-zmniejszanie siły nacisku na podłoże,
-wygładzenie powierzchni aby nie była chropowata
- zmiana z posuwania na toczenie,
-zmniejszanie oporu
Sposoby zwiększania tarcia:
-niestosowanie olejów ani smarów,
-zakładanie łańcuchów na koła,
-zwiększanie siły nacisku na podłoże,
-zmiana z toczenia na posuwanie,
-niestosowanie łożysk kulkowych.
-zwiększenie chropowatości (np. drogi).
II zasada dynamiki
II zasada dynamiki |
---|
Jeśli siły działające na ciało nie równoważą się (czyli wypadkowa sił jest różna od zera), to ciało porusza się z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do siły wypadkowej, a odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała. |
Współczynnik proporcjonalności jest równy odwrotności masy ciała:
Zmiana ruchu jest proporcjonalna do przyłożonej siły poruszającej i odbywa się w kierunku prostej, wzdłuż której siła jest przyłożona.
W wersji zwanej uogólnioną (uogólniona druga zasada dynamiki) zasada ta obowiązuje również dla ciała o zmiennej masie np. w mechanice relatywistycznej:
Zmiana pędu ciała jest proporcjonalna do działającej siły wypadkowej.
Przy prędkościach, w których nie występują efekty relatywistyczne, czyli dla prędkości znacznie mniejszych od prędkości światła, zasadę tę można wyrazić w wersji uproszczonej (ta wersja funkcjonuje na wstępnych etapach nauczania fizyki i jest stosowana powszechnie do obliczeń):
Przyspieszenie, z jakim porusza się ciało, jest proporcjonalne do działającej siły, a odwrotność masy jest współczynnikiem proporcjonalności. Kierunek i zwrot przyspieszenia jest zgodny z kierunkiem i zwrotem siły.