Trenie a trecia sila Nezačaté

0. Kľúčové fakty

1. Trecia sila (trecia sila, F_t) — Je to sila, ktorá vzniká pri styku dvoch telies a pôsobí proti smeru ich vzájomného pohybu alebo proti snahe o pohyb. Vždy brzdí pohyb, preto smeruje opačne, než sa teleso pohybuje (alebo sa chce pohnúť). Bez nej by sa rozbehnuté telesá nikdy samy nezastavili.

2. Príčina trenia — nerovnosti povrchov — Aj povrch, ktorý sa zdá hladký, má pri veľkom zväčšení drobné výstupky a nerovnosti, ktoré do seba zapadajú a navzájom sa zachytávajú. Pri pohybe sa tieto nerovnosti o seba „obrusujú" a kladú odpor. Okrem nerovností pôsobia aj priťažlivé sily medzi časticami oboch povrchov.

3. Meranie trecej sily silomerom — Trecia sila sa meria silomerom (dynamometrom) tak, že telesom rovnomerne (stálou rýchlosťou) ťaháme po podložke. Pri rovnomernom pohybe je ťahová sila silomera rovnako veľká ako trecia sila, preto silomer priamo ukazuje jej veľkosť. Výsledok udávame v newtonoch (N).

4. Jednotka sily — newton (N) — Trecia sila, ako každá sila, sa udáva v newtonoch, pomenovaných po fyzikovi Isaacovi Newtonovi. 1 N je približne sila, ktorou Zem priťahuje teleso s hmotnosťou 100 g (desatinu kilogramu). Pri meraní silomerom čítame hodnotu práve v týchto jednotkách.

5. Šmykové (klzné) trenie — Vzniká, keď sa jedno teleso šmýka (kĺže) po povrchu druhého, napríklad sane po snehu alebo kniha posúvaná po stole. Je to najčastejší druh trenia, s ktorým sa stretávame pri posúvaní telies. Práve túto silu meriame, keď teleso rovnomerne ťaháme silomerom.

6. Valivé trenie — Vzniká, keď sa teleso po podložke valí, napríklad koleso, guľôčka alebo valec. Valivé trenie je oveľa menšie ako šmykové, a preto sa vynález kolesa a používanie ložísk stali takým dôležitým pokrokom. Preto je ľahšie predmet odvaliť na kolieskach než ho ťahať po zemi.

7. Závislosť od druhu a drsnosti povrchov — Veľkosť trecej sily závisí od toho, aké materiály sa stýkajú a aké sú ich povrchy drsné alebo hladké. Drsné povrchy (šmirgľový papier, guma na asfalte) majú veľké trenie, hladké a klzké (ľad, naolejovaný kov) majú malé trenie. Preto sa to isté teleso ťahá ľahšie po hladkej podlahe než po koberci.

8. Závislosť od pritláčacej sily (tiaže telesa) — Čím väčšou silou je teleso pritláčané k podložke, teda čím je ťažšie, tým väčšia je trecia sila. Ťažký nábytok sa posúva ťažšie než ľahká škatuľa z rovnakého materiálu. Naopak, trecia sila pri šmýkaní nezávisí od veľkosti dotykovej plochy.

9. Užitočné účinky trenia — Mnohé bežné činnosti by bez trenia neboli možné: chôdza (topánka sa odráža od zeme), brzdenie áut a bicyklov, držanie predmetov v ruke, písanie ceruzkou aj zapaľovanie zápalky. Vďaka treniu sa udrží klinec v stene a uzol na šnúrke. Preto trenie v týchto prípadoch zámerne zväčšujeme (drsné podrážky, dezén pneumatík).

10. Škodlivé účinky trenia a jeho zmenšovanie — Trenie spôsobuje opotrebovanie súčiastok, ich zahrievanie a stratu energie, ktorá by inak poháňala stroj. Preto ho v strojoch zmenšujeme mazaním olejom, používaním ložísk alebo hladších povrchov. Šetríme tak energiu aj predlžujeme životnosť zariadení.

11. Trenie a teplo — Pri trení sa časť pohybovej energie mení na teplo, preto sa trúce telesá zahrievajú. Túto skúsenosť poznáme, keď si v zime šúchame dlane, aby sme sa zohriali, alebo keď sa zohreje brzda po prudkom brzdení. Tým sa vysvetľuje aj to, prečo trenie „spomaľuje" pohyb — energia sa premieňa a uniká vo forme tepla.

12. Odpor prostredia (trenie v kvapalinách a plynoch) — Aj pri pohybe telesa vo vode alebo vo vzduchu vzniká brzdiaca sila, ktorú nazývame odpor prostredia. Závisí od rýchlosti telesa a od tvaru jeho povrchu, preto majú autá, lietadlá aj ryby aerodynamický (obtekaný) tvar. Vďaka odporu vzduchu padá napríklad padák pomaly a bezpečne.

1. Poučka

Trenie je jav, ktorý vzniká v mieste dotyku dvoch telies a bráni ich vzájomnému pohybu (alebo mu kladie odpor). Trecia sila (značka F_t, jednotka newton, N) je sila, ktorá pôsobí proti smeru pohybu telesa a snaží sa ho spomaliť alebo zastaviť. Veľkosť trecej sily závisí od drsnosti dotykových plôch a od veľkosti tlakovej (kolmej) sily, ktorou je teleso pritláčané k podložke. Nezávisí od veľkosti dotykovej plochy.

2. Vysvetlenie

• Keď sa jedno teleso pohybuje (alebo sa snaží pohnúť) po druhom, ich povrchy sa o seba „zachytávajú" aj keď vyzerajú hladké — pod mikroskopom má každý povrch malé nerovnosti.
• Tieto nerovnosti do seba zapadajú a kladú odpor → vzniká trecia sila, ktorá pôsobí proti smeru pohybu.
• Čím drsnejšie sú plochy, tým je trenie väčšie. Čím hladšie sú plochy (alebo medzi nimi je olej, voda), tým je trenie menšie.
• Čím silnejšie sa teleso pritláča k podložke (napr. je ťažšie), tým je trecia sila väčšia.
• Rozlišujeme: trenie šmykové (teleso sa šmýka, napr. sane na snehu) a trenie valivé (teleso sa valí, napr. koleso) — valivé trenie je oveľa menšie ako šmykové.
• Treciu silu zmeriame silomerom: teleso ťaháme rovnomerne po podložke a odčítame silu, ktorú silomer ukazuje — tá sa rovná veľkosti trecej sily.

3. Príklady a prečo je to dôležité

1. Chôdza a beh — bez trenia medzi topánkou a zemou by sme sa pošmykli a nepohli z miesta (preto sa na ľade kĺžeme).
2. Brzdy na bicykli a aute — brzdové platničky sa trú o ráfik/kotúč a trenie premení pohyb na teplo → vozidlo zastaví.
3. Lyžovanie a korčuľovanie — lyže sa navoskujú a korčule majú tenké ostrie, aby bolo trenie čo najmenšie a pohyb ľahší.
4. Zápalka — pri škrtnutí o drsný povrch krabičky vznikne trením toľko tepla, že sa hlavička vznieti.
5. Strojové súčiastky a ložiská — do strojov sa dáva olej a guľôčkové ložiská, aby sa znížilo trenie, súčiastky sa menej opotrebovali a zariadenie sa neprehrievalo.

Prečo je to dôležité: Trenie niekedy potrebujeme (chôdza, brzdy, držanie predmetov v ruke, klince v stene) a inokedy nám prekáža (opotrebovanie strojov, zbytočná spotreba paliva). Preto musíme vedieť, kedy ho zväčšiť (drsný povrch, posypať piesok na ľad) a kedy zmenšiť (mazanie olejom, hladké plochy, valenie namiesto šmýkania).