Popis úlohy

MĚŘENÍ SMYKOVÉHO TŘENÍ

Smykové tření je fenomén, kterým jsme obklopeni. Jedná se vlastně o interakci mezi dvěma povrchy, které se dotýkají.

Z fyzikálního hlediska rozlišujeme dva případy, kdy ke tření dochází.

Statické tření, které se uplatňuje u těles v klidu. Zabraňuje uvedení těles do pohybu - například brání uvedení do pohybu lyžaře na nakloněné rovině s malým sklonem.

Dynamické tření, které působí během pohybu těles - například na pohybujícího se lyžaře.

Velikost třecí síly Ft lze stanovit ze vztahu:

Ft = f . Fn    ,

kde Fn je velikost síly působící kolmo na rozhraní povrchů, jež jsou ve vzájemném kontaktu (mezi nimiž dochází ke tření).

Koeficent f se nazýná součinitel smykového tření a odpovídá dvojici povrchů, které jsou při tření v kontaktu. Koeficient bychom měli rozlišovat podle toho, zda se jedná o statický fs nebo dynamický fd případ.

Často se uvádí, že velikost součinitele statického tření je přibližně dvojnásobek součinitele dynamického tření.

Při bližším rozboru zjistíme, že koeficient f nemůže být zcela přesný, protože nikde nejsou definovány podmínky, za kterých byl stanoven. Těmito podmínkami rozumíme napříkad kvalitu opracování obou povrchů:

  • Zda se jedná o povrch hrubý (jak moc hrubý), hladný nebo dokonale leštěný.
  • Zda jsou oba povrchy opracovány stejně, nebo ne.
  • Vlhkost vzduchu resp. povrchů.
  • Míra znečištění povrchů - přítomnost stopového množství olejů nebo jiné mastnoty.
  • Teplota obou povrchů - například guma a asfalt se jinak chovají v zimě a jinak v létě.
  • Není definována vzájemná rychlost povrchů při stanovení dynamického tření.
  • ...

Ačkoliv se může zdát, že stanovení velikosti třecí síly je jednoduchou záležitostí, pravý opak je pravdou. Mezi obecně uváděné metody stanovení dynamického tření patří tažení zkoumaného tělesa pomocí siloměru konstantní rychlostí po vodorovné podložce ze zkoumaného materiálu. Hodnota odečtená na siloměru odpovídá velikosti dynamického smykového tření.

Podmínkou je ale v tomto případě dodržení pohybu po podložce konstatní rychlostí! V praxi se velmi často stává, že při tažení rukou je pohyb nerovnoměrný, nejčastěji zrychlený. Siloměr proto ukazuje větší sílu a koeficient smykového tření vychází vyšší.

Pro stanovení koeficientu statického smykového tření se užívá měření pomocí nakloněné roviny. Testovaný předmět se umístí na nakloněnou rovinu s nastavitelným sklonem. Postupně se zvětšuje sklon roviny až do okamžiku, kdy se dá předmět do pohybu. Až do okamžiku rozjetí se tělesa je třecí síla větší než síla snažící se těleso uvést do pohybu. Z rozboru situace lze odvodit, že při hraničním stavu platí vztah:

f= tg α ,

kde α je úhel, při němž se těleso začne pohybovat. U tohoto postupu se dopouštíme největší chyby tím, že nelze přesně stanovit úhel α. Pokud se těleso dá do pohybu, pak je třecí síla nižší než síla uvádějící těleso do pohybu. Metoda je velice citlivá na nalezení přesné hodnoty úhlu α. Bohužel během změny sklonu roviny se neubráníme otřesům, které mohou uvést těleso do pohybu předčasně.

Přestože se zdá, že stanovení koeficientu smykového tření je záležitostí jednoduchou a nenáročnou na pomůcky, ukazuje se, že tomu tak není. Tato úloha má sloužit hlavně k získání představy, jak obtížné je získání reprodukovatelných výsledků měření koeficientu smykového tření.

 

Popis úlohy ke stažení

Naposledy změněno: Čtvrtek, 16. květen 2013, 22.45