Jakýkoli kontakt mezi dvěma tělesy má za následek třecí sílu. V tomto případě nezáleží na tom, v jakém souhrnném stavu hmoty se tělesa nacházejí, zda se vůči sobě pohybují nebo jsou v klidu. V tomto článku se krátce zamyslíme nad tím, jaké typy tření existují v přírodě a technologii.
Klidové tření
Pro mnohé může být zvláštní představa, že tření těles existuje, i když jsou vůči sobě v klidu. Navíc je tato třecí síla největší silou mezi ostatními typy. Projevuje se, když se snažíme pohnout jakýmkoli předmětem. Může to být blok dřeva, kámen nebo dokonce kolo.
Důvodem existence statické třecí síly je přítomnost nepravidelností na kontaktních plochách, které spolu mechanicky interagují na principu vrchol-údol.
Statická třecí síla se vypočítá pomocí následujícího vzorce:
Ft1=µtN
Zde N je reakce podpory, se kterou povrch působí na tělo podél normály. Parametr µt je koeficient tření. To záleží namateriál kontaktních ploch, kvalita zpracování těchto ploch, jejich teplota a některé další faktory.
Psaný vzorec ukazuje, že statická třecí síla nezávisí na kontaktní ploše. Výraz pro Ft1 umožňuje vypočítat tzv. maximální sílu. V řadě praktických případů není Ft1 maximum. Velikostí se vždy rovná vnější síle, která se snaží přivést tělo z klidu.
Klidové tření hraje v životě důležitou roli. Díky tomu se můžeme pohybovat po zemi, odrážet se od ní chodidly, aniž bychom uklouzli. Jakákoli tělesa, která jsou v rovinách nakloněných k horizontu, z nich neklouzají vlivem síly Ft1.
Tření při klouzání
Další důležitý typ tření pro člověka se projevuje, když jedno tělo klouže po povrchu druhého. Toto tření vzniká ze stejného fyzikálního důvodu jako statické tření. A co víc, jeho síla se vypočítá pomocí podobného vzorce.
Ft2=µkN
Jediný rozdíl oproti předchozímu vzorci je použití různých koeficientů pro kluzné tření µk. Koeficienty µk jsou vždy menší než podobné parametry pro statické tření pro stejný pár třecích ploch. V praxi se tato skutečnost projevuje následovně: postupné zvyšování vnější síly vede ke zvyšování hodnoty Ft1, dokud nedosáhne své maximální hodnoty. Poté onaprudce klesá o několik desítek procent na hodnotu Ft2 a je udržována konstantní při pohybu těla.
Koeficient µk závisí na stejných faktorech jako parametr µt pro statické tření. Síla kluzného tření Ft2 prakticky nezávisí na rychlosti pohybu těles. Pouze při vysokých rychlostech se začne znatelně snižovat.
Význam klouzavého tření pro lidský život lze vidět na příkladech, jako je lyžování nebo bruslení. V těchto případech se koeficient µk snižuje úpravou třecích ploch. Naopak posyp silnic solí a pískem má za cíl zvýšit hodnoty koeficientů µk a µt.
Valivé tření
Jedná se o jeden z důležitých typů tření pro fungování moderní technologie. Je přítomen při otáčení ložisek a pohybu kol vozidel. Na rozdíl od kluzného a klidového tření je valivé tření způsobeno deformací kola během pohybu. Tato deformace, ke které dochází v elastické oblasti, rozptyluje energii v důsledku hystereze a projevuje se jako třecí síla během pohybu.
Výpočet maximální valivé třecí síly se provádí podle vzorce:
Ft3=d/RN
To znamená, že síla Ft3, stejně jako síly Ft1 a Ft2, je přímo úměrné reakci podpory. Záleží však také na tvrdosti materiálů v kontaktu a poloměru kola R. Hodnotad se nazývá součinitel valivého odporu. Na rozdíl od koeficientů µk a µt má d rozměr délky.
Zpravidla se bezrozměrný poměr d/R ukáže být o 1-2 řády menší než hodnota µk. To znamená, že pohyb těles pomocí válení je energeticky mnohem příznivější než pomocí klouzání. Proto se na všech třecích plochách mechanismů a strojů používá valivé tření.
Úhel tření
Všechny tři výše popsané typy třecích projevů se vyznačují určitou třecí silou Ft, která je přímo úměrná N. Obě síly směřují vůči sobě v pravých úhlech. Úhel, který jejich vektorový součet svírá s normálou k povrchu, se nazývá úhel tření. Abychom pochopili jeho důležitost, použijme tuto definici a zapišme ji v matematické podobě, dostaneme:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Tečna úhlu tření θ se tedy rovná koeficientu tření k pro daný typ síly. To znamená, že čím větší je úhel θ, tím větší je samotná třecí síla.
Tření v kapalinách a plynech
Když se pevné těleso pohybuje v plynném nebo kapalném prostředí, neustále se sráží s částicemi tohoto média. Tyto srážky, doprovázené ztrátou rychlosti tuhého tělesa, jsou příčinou tření v tekutých látkách.
Tento typ tření je vysoce závislý na rychlosti. Takže při relativně nízkých rychlostech třecí sílase ukáže být přímo úměrný rychlosti pohybu v, zatímco při vysokých rychlostech mluvíme o úměrnosti v2.
Existuje mnoho příkladů tohoto tření, od pohybu člunů a lodí po let letadel.
