Třecí síla a dostředivé zrychlení: 5 faktů

V tomto článku probereme 5 faktů souvisejících s třecí silou a dostředivým zrychlením.

Než začneme s podrobnými fakty týkajícími se třecí síly a dostředivé zrychlení musíme mít základní představu o třecí síle a dostředivém zrychlení. Třecí síla je síla, která brání pohybu kluzného tělesa nebo povrchu po druhém.

Pokud se těleso pohybuje po kruhové dráze se změnou směru jeho rychlosti, pak se jeho zrychlení nazývá dostředivé zrychlení. Na toto těleso působí dostředivá síla, proto vzniká dostředivé zrychlení.

Jak souvisí třecí síla s dostředivým zrychlením?

Popsat vztah mezi třecí silou a dostředivé zrychlení musíme si vzít příklad auta, které se pohybuje po ploché zatáčce. Křivka je nevyrovnaná křivka. Když se auto pohybuje po silnici, mělo by mít tendenci dostat smyk.

Ale neklouže, proč? Odpovědí je statické tření. Statická třecí síla působí proti směru pohybu vozu na vozovce, proto neklouže. Jediná síla, která působí na pneumatiky vozu v horizontálním směru, je statická třecí síla. 

Všichni víme, že auto potřebuje dostředivou sílu, aby se mohlo pohybovat po neklopené zatáčce. Takže zde statická třecí síla musí být dostředivá síla. Matematický výraz pro statickou třecí sílu je roven F_s= μ.N kde N značí normálovou sílu a μ značí koeficient statického tření. 

Normální N je ekvivalentní hmotnosti vozu, který působí směrem dolů. Proto F_s= μ.N = μ.mg Nyní všichni víme, že matematický výraz pro dostředivou sílu je F_c = mv²/r kde v a r označují rychlost vozu a poloměr zatáčky.

Proto F_s= μ.N = μ.mg = F_c = mv²/r

                        v²/r = μ.g

Zde je matematický výraz pro dostředivé zrychlení je v2/r. Můžeme tedy říci, že můžeme vypočítat hodnotu dostředivé zrychlení od třecí síly. Vztah mezi třecí silou a dostředivé zrychlení je v2/r = μ.g.

Mohou třecí síly vyvolat dostředivé zrychlení?

Velmi běžný příklad naklánění silnic nám může pomoci pochopit, zda mohou být třecí síly schopny produkovat dostředivá zrychlení. Nejprve to musíme vědět co je to bankovnictví silnic? Někdy vidíme, jak pneumatiky aut smykují při zatáčení do U na silnici. 

K odstranění této možnosti smyku je vozu poskytnuta dostředivá síla. Fenomén udržování úhlu ke snížení pravděpodobnosti uklouznutí auta je známý jako břeh silnice.

Existují 3 typy bankovnictví. Zde bude ilustrován pouze případ, jak mohou třecí síly vyvolat dostředivá zrychlení. Pokud je úhel sklonu nula, pak pouze třecí síly mohou produkovat dostředivé zrychlení. 

Když úhel náklonu zůstane nulový, musí vůz střídat zatáčky na plochých zatáčkách. V tomto případě nahoru směřující normálová síla (N) vyrovnává hmotnost (mg) vozu, který působí směrem dolů, protože je svou povahou vertikální. Proto N = mg………(1)

Pokud je vozovka dostatečně hladká, auto nemůže zatáčet, protože při absenci třecích sil bude prokluzovat. Ale v případě nerovné vozovky bude dostředivá síla poskytnuta třecí silou (f), která působí na vozovku. 

Tedy f = μ.N = μ.mg …………….(2) [z rovnice (1)]

Jako dostředivá síla (F_c= mv²/r) je zajištěna třecí silou (f), tedy

                        f = μ.N = μ.mg = F_c= mv²/r [z rovnice (2)]

Proto μ.g = v²/r

                           v = √μ.rg ………………….. (3)

Zde v= v _max = maximální rychlost, kterou může auto dosáhnout na rovné silnici

Když třecí síly vytvářejí dostředivé zrychlení?

Zde si můžeme vzít příklad kolotoče. Řekněme, že člověk stojí na kolotoči a kolotoč se pohybuje, ale ne příliš rychle. Pak se člověk ocitne na stejné pozici, kde stál, když byl kolotoč v klidu. 

Nyní vyvstává otázka, jak je možné, že když se kolotoč hýbe, měl by člověk také změnit svou polohu. Odpověď je způsobena třecí silou. V tomto případě je zrychlení, které člověk získá, dostředivé zrychlení a je vytvářeno třecí silou.

Jak třecí síly vytvářejí dostředivá zrychlení?

Zde si opět vezmeme příklad jedoucího auta, které chce odbočit na nerovné silnici. V předchozí části tohoto konceptu je již podrobně pojednáno. Pokud tedy chce auto zatočit na rovné silnici, dostane smyk. Pokud neprokluzuje, pak je jisté, že existuje jiná síla, která snížila možnost smyku.

Tato síla je statická třecí síla. Poskytuje dostředivou sílu na pneumatiky automobilu. Z této statické třecí síly je také vytvářeno zrychlení získané automobilem, což je dostředivé zrychlení.

Příklady třecích sil, které vyvolávají dostředivá zrychlení

Zde si vezmeme matematický příklad, abychom ukázali, že třecí síly vyvolávají dostředivá zrychlení.

Numerický problém:

Auto se pohybuje po rovné silnici. Jaká je hodnota maximální rychlosti, kterou by se měl vůz pohybovat, aby se odstranila pravděpodobnost smyku? Hodnota součinitele statického zlomku je 0.4 a hmotnost vozu je 100 kg a poloměr vozovky je 4 m. (g= 10 m/s²)

Odpovědět :

V dotazu je zmíněno, že cesta je rovná. To znamená, že úhel náklonu je nulový.

Dostředivá síla, kterou auto potřebuje k zatáčení, je tedy zajišťována statickým třením.

 Zde μ=0.4,m=100 kg a g= 10 m/s²r = 4 m

F_s= μ.mg

μ.mg = mv²/r

v _max = v = √μ.rg

v _max  = √0.4 x 4 x 10

v _max  = 4 m/s, kde v _max je maximální rychlost, kterou by se vůz měl pohybovat, aby se odstranila pravděpodobnost smyku.

Proč investovat do čističky vzduchu?

v tomto článku je podrobně popsán vztah mezi třecí silou a dostředivým zrychlením spolu s numerickým příkladem.

Také čtení:

• Může být dostředivé zrychlení nulové
• Jak zjistit gravitační zrychlení se vzdáleností a časem
• Jak najít zrychlení pomocí grafu polohy a času
• Faktory ovlivňující zrychlení
• Centripetální zrychlení a tangenciální zrychlení
• Dostředivé zrychlení a gravitace
• Jak najít zrychlení s hmotou a silou a třením
• Centripetální zrychlení v rovnoměrném kruhovém pohybu
• Jak najít konstantní úhlové zrychlení
• Příklad gravitačního zrychlení