Trecia sila; fte a strata energie
1. Trecia sila F.R, ktoré zažíva teleso pohybujúce sa na rovnom povrchu, závisí jednoduchým spôsobom od normálnej sily F.Ak telo pôsobí na základňu:
.
to je f takzvaný „koeficient trenia“, ktorý závisí od typu dvoch povrchov, ktoré sú počas procesu trenia v kontakte. Trecie sily závisia aj od pohybového stavu. Existujú tri typy trenia:
- Statické trenie
- Klzné trenie
- Valivé trenie
2. Teleso, ktoré je v naklonenej rovine, zostáva v pokoji, pokiaľ je statická trecia sila väčšia ako sila z kopca. Pohyb sa začína, keď sa sila z kopca pod uhlom rovná statickej trecej sile:
Koeficient statického trenia je možné ľahko určiť z tohto uhla:
.
3. Trecie sily pôsobia pozdĺž cesty trecia práca W.R. Energia potrebná na to sa odoberá z pôvodne dostupného množstva mechanickej energie v systéme. Brzdný proces by sa mal považovať za príklad:
Vozidlo masy m sa pohybuje počiatočnou rýchlosťou v0, jeho kinetická energia je. Malo by byť brzdené až do úplného zastavenia. Ak sa kolesá počas brzdenia zablokujú, dôjde k klznému treniu. Konštantná klzná trecia sila F.g l ovplyvňuje brzdné zrýchlenie .
Brzdný proces trvá tB, brzdná dráha B. Pretože sa použije brzdenie s konštantným zrýchlením
.
Výsledkom je
Vloženie do kinetickej energie vedie k
Počas brzdenia sa kinetická energia, ktorá bola pôvodne k dispozícii, „použila“ na trecie práce.
Konštantná trecia sila F.R odstraňuje mechanickú energiu zo systému W. = F.R. a prevádza to na vnútornú energiu systému. Nárast vnútornej energie sa prejavuje napríklad zvýšením teploty.
4. Energetická bilancia
,
ktorá sa vzťahuje na procesy bez trenia alebo na procesy so zanedbateľným trením, sa má nahradiť zohľadnením trenia
.
a) Cyklista (100 kg) má pôvodne rýchlosť 5 m/s na rovnomerne sklonenom úseku cesty (dĺžka 200 m; výškový rozdiel 20 m). Akú má rýchlosť na konci zjazdovky, ak rovnomerne brzdí silou 80 N.?
Štát 1:
Stav 2:
So zadanými hodnotami:
.
b) Rovnaká situácia - ibaže cyklista tentokrát nebrzdí. Brzdné účinky má iba valivé trenie medzi kolesom a vozovkou. Nech je koeficient valivého trenia.
Trecia sila je teraz. Vyžaduje sa teda uhol sklonu:
.
So zadanými hodnotami:
(pre porovnanie: bez trecích síl je konečná rýchlosť v '2 = 20,4 m/s)
Cvičenia
Viac cvikov
1. Narážací blok (m = 1000 kg) leží na zvislej tyči. Po zdvihnutí o 2,8 m padá voľne na stĺp.
a) Aká je energia a rýchlosť blokovacieho bloku, keď narazí na hromadu?
b) Baranidlo blokuje stĺp pri náraze = 4 cm do zeme. O aký faktor je generovaná hnacia sila väčšia ako hmotnosť bloku? (Zmena výškovej energie tlačiaceho bloku a hromady na ceste možno zanedbávať.)
2. Lyžiar (80 kg) ide cez priehlbinu. Prehráva na svahovitom svahu H1 = 12 m na výšku, vyhráva opäť na stúpaní H2 = 8 m na výšku. Na začiatku a na konci cesty je rýchlosť nulová. Celkový krytý chodník je dlhý 160 m.
Aká je stredná trecia sila, s ktorou bola brzdená počas jazdy?
3. Šikmá rovina je dlhá 10 m a vysoká 1 m.
a) Aká práca W.1 sa vyžaduje, aby mal telo s davom m = Ak nie je trenie zanedbané, posuňte po naklonenej rovine 2 kg nahor?
b) Aká veľká je práca W.2, keď je v pohybe trecia sila F.Musí sa prekonať R = 1,5 N.?
4. Vlak dosiahne rýchlosť na začiatku stúpania v0 = 72 km/h. Uhol sklonu je a = 3 °.
Ako ďaleko sa vlak dostane do kopca, ak je brzdná trecia sila 0,5% jeho hmotnosti?
1.