Cand doua corpuri solide sunt in contact si aplicam
o forta unuia din cele doua corpuri (F), la suprafta de contact
intre corpuri apare o alta forta, numita forta de frecare (Ff),
care se opune miscarii corpului. In functie de valoarea fortei aplicate
corpului poate sa apara miscarea relativa sau cele doua corpuri raman
in repaus.
Daca crestem treptat forta de tractiune vom constata ca si forta de
frecare creste, fara ca corpurile sa se miste unul fata de celalalt.
Aceasta crestere se poate face pana la o valoare maxima a fortei de
frecare (Ffmax).
In cazul in care forta aplicata F<Ffmax corpurile nu se
misca, intre ele apare frecarea statica, forta aplicata va fi egala
cu forta de frecare statica.
In cazul in care forta aplicata F>Ffmax se produce alunecarea,
forta de frecare se numeste frecare cinetica.
Observam ca exista doua tipuri de frecare: frecarea statica si frecarea
cinetica.Forta de frecare statica este deci o forta variabila care
ia valori de la 0 la Ff maxim.
Forta de frecare cinetica (de alunecare) are o valoare constanta:
Fc = μN , unde μ
- este coeficientul de frecare iar N este apasarea normala
a suprafetei.
Daca impingem un corp greu pe o suprafata o sa observam ca dupa ce
porneste este mai usor sa il impingem (Forta de frecare cinetica este
mai mica decat valoarea maxima a fortei de frecare statice.
Cauza frecarii este legata de interactia particulelor din care sunt
alcatuite corpurile la suprafata de contact intre ele. Apar forte
de adeziune de natura moleculara
Experiment: Folosind un sistem de achiziti
de date Vernier, s-a realizat urmatorul experiment. Un corp a
fost tras pe o suprafata orizontala folosind un senzor de forta, cuplat
la interfata LabPro. A fost obtinut graficul de mai jos.
Se observa ca in prima secunda, forta de tractiune creste pana la
o valoare maxima, fara sa se produca deplasarea (frecare statica).
Apoi incepe miscarea (frecare de alunecare) iatr forta de tractiune
care este egala cu forta de frecare de alunecare are usoare variatii
in jurul unei valori constante.
| Valoarea coeficientilor de frecare pentru diferite tipuri de suptrafete in contact | ||
|
Suprafete in contact
|
Frecare statica
|
Frecare cinetica
|
| Otel pe otel (uscat) |
0.6
|
0.4
|
| Otel pe otel (lubrefiat) |
0.1
|
0.05
|
| Teflon pe otel |
0.041
|
0.04
|
| Garnitura de frana pe fonta |
0.4
|
0.3
|
| Pneuri de roti pe asfalt uscat |
0.9
|
0.8
|
| Metal pe gheata |
0.022
|
0.02
|
| Cauciuc pe lemn |
0.7
|
|
Rostogolirea
Daca o roata aflata in contact cu o suprafata este supusa actiunii
unei forte de tractiune, frecarea statica va impiedica alunecarea.
In locul alunecarii se va produce o miscare de rostogolire. Si in
acest caz apare o forta de rezistenta la inaintare, care este frecarea
de rostogolire, diferita de frecarea statica sau cinetica. Daca forta
de tractiune este prea mare (mai mare decat frecarea statica) atunci
roata se invarte in gol, apare alunecarea. Este cazul unei masini
care porneste de pe loc accelerata puetrnic. In loc sa se produca
rostogolirea, apare alunecarea.
Frecarea de rostogolire este de obicei mult mai mica decat frecarea
de alunecare. Marile piramide in Egipt au fost construite introducand
busteni circulari sub blocurile de piatra, deci inlocuind frecarea
de alunecare cu frecarea de rostogolire.
Forta de frecare de rostogolire Fr = μrN ,
unde μr - este coeficientul de frecare de rostogolire
iar N este apasarea normala a suprafetei.
| Tipul de suprafete de contact |
Coeficientul de frecare
de rostogolire
|
| Roti de otel pe sine de otel |
0.001-0.002
|
| Roti de tramvai pe sine de otel |
0.005
|
| Cauciucuri de camion pe asfalt |
0.006-0.01
|
| Caucicuri de masina pe ciment |
0.01-0.015
|
| Cauciucuri pe asfalt |
0.03
|
| Cauciucuri pe nisip solid |
0.04-0.08
|
| Cauciucuri de nisip nesolidificat |
0.2-0.4
|
Observatie: In cazul pneurilor de la masini sitatia este mai complicata.
Coeficientul de frecare de rostogolire nu este constant ci depinde
de presiunea din pneuri si de viteza.
Provocari:
Analizati rolul frecarii in urmatoarele activitati:
1. Mersul
2. Scrisul
3. Deplasarea vehiculelor cu roti
Analizati rolul frecarii in cazul:
1. Pierderii de energie in timpul miscarii
2. Incalzirii corpurilor sau subansamblelor in miscare