Główna zawartość

Fizyka - program rozszerzony I

Kurs: Fizyka - program rozszerzony I > Rozdział 3

Lekcja 7: Tarcie

Przypomnienie wiadomości na temat tarcia

Przypomnij sobie wiedzę na temat sił tarcia: tarcie statyczne, tarcie kinetyczne, kierunek i wartość siły tarcia. Tłumaczenie na język polski: fundacja Edukacja dla Przyszłości.

Pojęcia kluczowe

Termin (symbol)	co oznacza
Tarcie ‍	Ogólnie,siła kontaktowa, która przeciwdziała ślizganiu się powierzchni po sobie.
Siła tarcia kinetycznego ‍	Siła tarcia pomiędzy ślizgającymi się po sobie powierzchniami. Skierowana równolegle do płaszczyzny, którą stykają się poruszające się względem siebie powierzchnie i przeciwnie do kierunku ruchu.
Siła tarcia statycznego ‍	Tarcie, które powoduje, że przedmiot nie ślizga się po powierzchni. Skierowana równolegle do płaszczyzny, którą stykają się poruszające się względem siebie powierzchnie w taki sposób, by przeciwdziałać ruchowi ciała.
Współczynnik tarcia ( $μ$ ‍)	Współczynnik liczbowy, najczęściej pomiędzy $0$ ‍ a $1$ ‍, opisujący szorstkość stykających się powierzchni. Dla bardzo gładkich powierzchni współczynnik tarcia wynosi $0$ ‍, a w przypadku bardzo szorstkich jest bliski $1$ ‍. W typowej sytuacji można go wyznaczyć jako stosunek siły tarcia do siły nacisku. Współczynnik starcia statycznego $μ_{s}$ ‍ stosujemy w sytuacji, w której powierzchnie nie ślizgają się po sobie, a współczynnik tarcia kinetycznego $μ_{k}$ ‍ w sytuacji, gdy powierzchnie się po sobie ślizgają.

[W jakiej sytuacji współczynnik tarcia może być większy od 1?]

Równania

Równanie	Wyjaśnienie oznaczeń	Objaśnienie
$\| \vec{F_{k}} \| = μ_{k} \| \vec{F_{N}} \|$ ‍	$F_{k}$ ‍ to siła tarcia kinetycznego, $μ_{k}$ ‍ to współczynnik tarcia kinetycznego, a $F_{N}$ ‍ to siła nacisku ciała na powierzchnię, po której się ślizga.	Siła tarcia kinetycznego jest proporcjonalna do siły nacisku i tym większa, im bardziej szorstkie są trące o siebie powierzchnie, tzn. i większy jest współczynnik tarcia.
$\| \vec{F_{s}} \| \leq μ_{s} \| \vec{F_{N}} \|$ ‍	$F_{s}$ ‍ to siłą tarcia statycznego, $μ_{s}$ ‍ to współczynnik tarcia statycznego, a $F_{N}$ ‍ to siła nacisku ciała na powierzchnię, po której się ślizga.	Siła tarcia kinetycznego jest proporcjonalna do siły nacisku i tym większa, im bardziej szorstkie są trące o siebie powierzchnie, tzn. i większy jest współczynnik tarcia.
$μ = \frac{\| \vec{F_{f}} \|}{\| \vec{F_{N}} \|}$ ‍	$F_{f}$ ‍ to siła tarcia, statycznego lub kinetycznego, $μ$ ‍ to odpowiedni współczynnik tarcia, a $F_{N}$ ‍ to siła nacisku ciała na powierzchnię, po której się ślizga.	Współczynnik tarcia można wyznaczyć ze stosunku siły tarcia do siły nacisku ciała na powierzchnię, po której się ślizga..

Jaki wyznaczyć kierunek siły tarcia?

Sila tarcia statycznego przeciwdziała zsuwaniu się ciała

Siła tarcia statycznego utrzymuje w spoczynku przedmiot znajdujący się na powierzchni równi pochyłej tak, jak kawałek sera na rysunku 1. Siła tarcia statycznego skierowana jest przeciwnie do kierunku, w którym ciało poruszałoby się bez tarcia. Siła tarcia statycznego nie pozwala sile grawitacji zsunąć ser z równi na dół.

Inny przykład tarcia statycznego związany jest z, tak, nie mylisz się, z ruchem. Kiedy idziesz, siła tarcia statycznego nie pozwala podeszwie Twojego buta ślizgać się po podłożu, działając w kierunku do przodu tak, jak na rysunku 2 poniżej. Twoja obuta stopa pcha powierzchnię podłoża do tyłu i bez siły tarcia statycznego podeszwa buda poślizgnęłaby się do tyłu (wyobraź sobie, że próbujesz iść po gładkim lodzie). Siła tarcia statycznego działa w kierunku przeciwnym do poślizgu, dzięki czemu poruszasz się do przodu.

Siła tarcia kinetycznego działa przeciwnie do kierunku ruchu ciała

Siła tarcia kinetycznego jest zawsze skierowana przeciwnie do ruchu ciała. Tak, jak na rysunku 3, jeśli ciało porusza się po równi do góry, siła tarcia kinetycznego

f_{k}

będzie skierowana w dół. Jeśli ciało porusza się po równi do dołu, siła tarcia kinetycznego

f_{k}

będzie skierowana ku górze.

Jak obliczyć wartość siły tarcia?

Wartość siły tarcia zależy od własności powierzchni, które są ze sobą w kontakcie i od siły nacisku

F_{N}

Współczynnik tarcia ( $μ$ ‍): zależy od tego, jak szorstkie względem siebie są stykające się powierzchnie. Większy współczynnik tarcia oznacza większą siłę tarcia.
Sila nacisku ( $F_{N}$ ‍): ściskanie powierzchni powoduje wzrost siły tarcia. To właśnie dlatego ciężkie rzeczy trudniej przesuwać, nawet po względnie gładkich powierzchniach.

Omówione powyżej własności sił tarcia wyraża następujące wyrażenie:

| \vec{F_{f}} | \leq μ | \vec{F_{N}} |

Siła tarcia nie ma ustalonej, zawsze tej samej wartości, a może się zmieniać w zależności od tego, co dzieje się na powierzchni styku. Rozważmy przykład lodówki, którą ktoś chce przesunąć po podłodze, tak, jak pokazano to poniżej, na rysunku 4. Załóżmy, że lodówka z początku znajdowała się w spoczynku i że osoba, chcąca ją przesunąć, stopniowo zwiększa siłę

F_{app}

, którą działa na lodówkę do chwili, aż lodówka nie zacznie się przesuwać. Dopóki lodówka nie zacznie się poruszać, siłą, która przeciwstawia się przesuwaniu lodówki, jest siła tarcia statycznego, a od momentu, gdy lodówka zacznie się poruszać, opór ruchu związany jest z siłą tarcia kinetycznego.

Siła tarcia statycznego

W pierwszej chwili, dopóki lodówka nie zacznie się poruszać, siła tarcia statycznego

F_{s}

powoduje, że lodówka na rysunku 4 pozostaje w spoczynku. W pewnym momencie, gdy siła

F_{app}

osiągnie wartość graniczną, lodówka zacznie się ślizgać po podłodze. Siła tarcia statycznego ma maksymalną wartość. Tak długo, jak długo siła zewnętrzna

| F_{app} | \leq | F_{s_{m a x}} |

, lodówka wzrośnie powyżej tej granicy, przedmiot — w naszym przypadku lodówka — zacznie się poruszać. To zachowanie opisane jest przez nierówność:

| \vec{F_{s}} | \leq μ_{s} | \vec{F_{N}} |

Siła tarcia kinetycznego

W momencie, gdy przedmiot zaczyna się ślizgać, siła tarcia kinetycznego

F_{k}

ma stałą wartość i działa w kierunku przeciwnym do ruchu:

| \vec{F_{k}} | = μ_{k} | \vec{F_{N}} |

Często spotykane błędy i nieporozumienia

Czasem zdarza się, że ktoś pomyli współczynnik tarcia $μ$ ‍ z siłą tarcia $F_{f}$ ‍. Współczynnik tarcia jest bezwymiarową liczbą, opisująca jak szorstkie względem siebie są stykające się powierzchnie, a nie siłą (wektorem). Aby obliczyć wartość siły tarcia, należy pomnożyć współczynnik tarcia

μ

przez wartość siły nacisku, z jaką nasz przedmiot działa na powierzchnię, po której się ślizga.

Dowiedz się więcej

Bardziej szczegółową analizę zagadnienia tarcia znajdziesz w filmie Porównanie tarcia kinetycznego i statycznego.

Jeśli chcesz sprawdzić swoje zrozumienie i po mistrzowsku opanować materiał omawiany w tym artykule, spróbuj zrobić ćwiczenie o siłach tarcia.

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Zaloguj się

Sortuj według

Na razie brak głosów w dyskusji

Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.