Wyznaczanie współczynnika tarcia





Wyznaczanie współczynnika tarcia



Jeżeli ciało jest w spoczynku działa na niego siła tarcia spoczynkowego lub statycznego. Wartość siły tarcia spoczynkowego może wzrosnąć tylko do pewnej wartości maksymalnej Tmax.

Jeżeli na klocek zadziałamy odpowiednio dużą siła F, siła tarcia maksymalnego nie jest w stanie jej zrównoważyć i ciało rusza. Tak więc: siła tarcia statycznego może przyjmować różne wartości od zera do Tmax.
Doświadczenia pokazują, że maksymalna wartość siły tarcia spoczynkowego Tmax jest wprost proporcjonalna do wartości siły nacisku FN klocka na podłoże. Iloraz wartości tych sił zależny tylko od rodzaju powierzchni stykających się ciał nazywamy współczynnikiem tarcia statycznego i oznaczamy symbolem fs.

Tmax / FN = fs

Gdy ciało ruszy, siła tarcia maleje i przyjmuje stałą wartość. Nazywamy ją siłą tarcia kinetycznego Tk. Stosunek wartości siły tarcia kinetycznego do wartości siły nacisku jest nazywany współczynnikiem tarcia kinetycznego fk.


Tk / FN = fk



Podobnie jak współczynnik tarcia statycznego jest on stały dla danego rodzaju stykających się powierzchni. Współczynnik tarcia kinetycznego jest mniejszy od współczynnika tarcia statycznego.

fk < fs

Mówiąc, że współczynnik tarcia jest stały dla określonych dwóch trących o siebie substancji, mamy na myśli także określone niezmienne warunki. Np. określony rodzaj gumy ma inny współczynnik tarcia o asfalt w temperaturze +30 C, a inny w temperaturze -20 C. Z tego powodu w zimie używa się innych opon samochodowych niż w lecie. Opony letnie, których współczynnik tarcia w dodatnich temperaturach jest duży, w zimie twardnieją, co powoduje jego znaczne zmniejszenie. Z kolei "bardziej miękkie" opony, których używamy w zimie, w lecie mają także duży współczynnik tarcia, więc bardzo szybko się ścierają i ulegają zniszczeniu.

W technice wprowadza się wielkość zwaną współczynnikiem przyczepności opony. Zależy on nie tylko od składu mieszanki gumowej, ale także od konstrukcji opony, kształtu bieżnika, wielkości i kształtu stykających się powierzchni, szybkości, temperatury, ciśnienia i tzw. właściwości adhezyjnych (adhezja - przyleganie, przyklejanie). Wartość tego współczynnika wyznacza się doświadczalnie. W tabeli poniżej zamieszczono przykładowe zakresy współczynników przyczepności.



W samochodach wyścigowych, np. Formuły 1 stosowane są niekiedy opony o zwiększonych właściwościach adhezyjnych. Przyklejanie się takich opon do jezdni powoduje znaczne zwiększenie przyczepności. Pozwala to osiągać przyspieszenia o wartości do 2g (około 19 m/s*2). Takie opony ścierają się jednak tak szybko, że trzeba je wymieniać podczas wyścigu. Ogromne jest też zużycie paliwa.

Określenie współczynnika przyczepności stanowi jedną z ważnych czynności policji podczas badania przyczyn wypadku samochodowego. Łącznie z pomiarem długości śladów hamowania, stanowi on podstawę do określenia szybkości samochodu przed rozpoczęciem hamowania. Przykłady umieszczono w tabeli poniżej.