Przeczytaj
Warto przeczytać
Praktyka codziennych czynności pozwala zauważyć, że trudniej jest przesuwać ciężkie przedmioty, na przykład meble, niż lekkie. Łatwiej je przesuwać po gładkich powierzchniach niż nierównych, chropowatych. Te obserwacje są zbieżne z wynikami doświadczeń, w których bada się siłę tarciasiłę tarcia. Szczerze Cię zachęcam do wykonania w szkolnej pracowni doświadczeń, w których zbadasz siłę tarcia.
Aby zbadać siłę tarciasiłę tarcia, trzeba umieć ją zmierzyć. Przejdźmy więc do konkretów!
Chcemy zmierzyć siłę tarciatarcia, która występuje pomiędzy dwoma powierzchniami przesuwającymi się względem siebie. Może to być pozioma powierzchnia stołu i powierzchnia klocka. Klocek powinien być wyposażony w haczyk, do którego można przyczepić siłomierz (Rys. 1.).
Ciągnąc klocek przy pomocy siłomierza ruchem jednostajnym, równoważymy siłę tarcia, co wprost wynika z II zasady dynamiki - z zerowego przyspieszenia wnioskujemy, że siła wypadkowa jest zerowa. Skala siłomierza pozwala wtedy odczytać wartość siły, jaką ciągniemy siłomierz. Pośrednio więc odczytujemy z siłomierza wartość siły tarcia (Rys. 2.).
Jeśli użyjemy siły większej niż siła tarcia, to klocek będzie poruszał się ruchem przyspieszonym (Rys. 3.).
Badając siłę tarcia, zdajemy sobie sprawę, że może na nią mieć wpływ kilka różnych czynników. Wymieńmy trzy: rodzaj stykających się powierzchni, ich wielkość i siła nacisku. Badanie tego rodzaju problemu musi przebiegać w ten sposób, że zmienia się w doświadczeniu tylko jeden czynnik, nie zmieniając pozostałych. Dlatego będziemy badać wpływ siły nacisku na siłę tarcia pomiędzy ustalonymi powierzchniami. W tym doświadczeniu klocek przemieszcza się po poziomej powierzchni, więc wartość siły nacisku jest równa ciężarowi klocka. Siła tarcia ma kierunek styczny do powierzchni i jednocześnie prostopadły do siły nacisku (Rys. 4.).
Istota siły tarcia polega na tym, że powierzchnie nie są doskonale gładkie. Gdyby powiększyć obraz powierzchni, nierówności stałyby się widoczne (Rys. 5.).
Można sobie wyobrazić, że jeśli powierzchnie zostaną mocniej dociśnięte, to trudniej będzie pokonać wszystkie nierówności i „zadziorki”. Konsekwencją tego rozumowania jest hipoteza, którą można sformułować następująco:
Wartość siły tarcia jest tym większa, im większa jest wartość siły nacisku.
Tę hipotezę możesz zweryfikować doświadczalnie, jeśli w pracowni dysponujesz siłomierzem i kilkoma jednakowymi klockami. W doświadczeniu będziesz zwiększać siłę nacisku klocka na podłoże, stawiając kolejne klocki jeden na drugim, za każdym razem mierząc siłę tarcia w sposób, jaki był podany wyżej. Wyniki obarczone będą niepewnością pomiarową wynikającą z rozdzielczości skali siłomierza, czyli dokładności odczytu pomiaru. Jednakże powinny wykazać, że siła tarcia jest proporcjonalna do liczby klocków. Te były jednakowe, więc
Wartość siły tarcia jest wprost proporcjonalna do wartości siły nacisku.
Współczynnikiem proporcjonalności pomiędzy tymi wielkościami jest współczynnik tarcia poślizgowego, który zależy od rodzaju stykających się powierzchni. Jest to wielkość bezwymiarowa, zwykle oznaczana symbolem .
Podsumowując przeprowadzone rozważania, zapiszemy wzór wyrażający siłę tarcia:
Słowniczek
(ang. friction force) siła określająca miarę oporu ruchu.
(ang. friction) zjawisko uniemożliwiające lub utrudniające przesuwanie się względem siebie dwóch powierzchni.
(ang. friction coefficient) współczynnik prorporcjonalności między wartościami siły tarcia i siły nacisku.
(ang. linear function slope) stosunek przyrostu wartości funkcji do odpowiadającego mu przyrostu argumentu funkcji. Inaczej: współczynnik kierunkowy prostej, która jest wykresem tej funkcji.