Tribometrul

Fortele de frecare

La orice fenomen mecanic real alaturi de fortele elastice, fortele gravitationale, fortele de presiune a corpurilor, exista si alte forte, provocate de interactiunile intemoleculare, intre corpurile aflate in contact sau intre diferitele parti ale aceluiasi corp, actiunea carora, aproape intotdeauna este legata de transformarea energiei dintr-o forma in alta. De obicei energia mecanica se transforma in energie termica. Aceste forte care se manifesta la deplasarea relativa a corpurile in contact sau a partilor aceluiasi corp se numesc forte de frecare.

Fortele de frecare care apar la suprafata de contact a doua corpuri se numesc forte de frecare externa. Caracteristic pentru fortele de frecare externa este faptul ca ele nu dispar nici cind cele doua corpuri in contact nu au o miscare relativa unul fata de celalalt. Fortele de frecare externa ce apar intre doua corpuri aflate in contact, care nu se misca unul fata de altul, se numesc forte de frecare de aderenta sau de repaus. Fortele provocate de deplasarea partilor aceluiasi corp unele fata de altele se numesc forte de frecare interna ( in ceea mai mare parte aceste forte apar in miscarea lichidelor sau a gazelor ). Fortele de frecare sint orientate tangential la suprafatacorpurilor in contact, valoarea lor depinzind de valoarea vitezei relative. Prin aceasta ele se deosebesc de foretele elastice sau gravitationale.

Exemplu: Un corp A, in urma unui impuls se misca cu viteza v pe o suprafata orizontala si neteda, care se afla in repaus (fig 1)

fig 1

Daca observam miscarea corpului A vom vedea ca el se misca din ce in ce mai incet pina cind se va opri. Aceasta inseamna ca mobilul se misca uniform incetinit, adica acceleratia este indreptata in sens invers vitezei. Asupra corpului A actioneaza o forta de frecare care ii imprima aceasta acceleratie. Forta de frecare apare deci la suprafetele de contact ale corpurilor si este indreptata in sens invers miscarii lor. Deoarece fortele de frecare actioneaza invers deplasarii corpurilor lucrului mecanic al fortelor de frecare, este negativ. Aceasta inseamna ca energia coprului asupra caruia actioneaza fortele de frecare se micsoreaza. Energia cinetica a coprului se micsoreaza intotdeauna daca asupra corpului actioneaza numai fortele de frecare. Daca corpul care se misca cu viteza v are masa x, legea miscarii corpului va fi:

( 1 )

unde Ffr = forta de frecare. Inmultind in ambele sensuri partile cu ds ( deplasarea elementara a corpului ) obtinem:

( 2 )

adica miscarea energiei cinetice egala cu lucrul mecanic al fortelor de frecare. La aceasta concluzie se ajunge direct folosind legea conservarii energiei.

Daca asupra copului din exercitiul de mai sus in care Ffr mai actioneaza o alta forta F, atunci acceleratia a imprimata copului va fi determinata de forta rezultanta. Conform legii a II-a dinamicii.

(3)

In conditii reale corpul se va misca cu o viteza v constanta cind forta F echilibreaza forta de frecare Ffr. Numai atunci forta rezultanta este egala cu zero si din egalitatea (3) rezulta ca si a = 0, adica corpul se misca uniform. Corpul se misca rectiliniu si uniform cind forta exterioara echilibreaza forta de frecare care apare in urma miscarii. Asemenea situatii se intilnesc la miscarea copurilor in medii fluide ( lichide, gaze ).

Pentru a stabili parametri de care depinde frecarea vom studia tot cazul amintit mai sus, anume alunecarea unui corp pe o suprafata orizontala. In primul rind se observa ca forta de frecare care ia nastere depinde de natura copurilor intre care apare frecarea si de starea suprafetelor lor ( de rugozitatea lor ). In conditii identice marimea fortei de frecare depinde de componenta normale, forta de frecare creste proportional cu Fn