III.5.2. Legile frecării la alunecare.

Legile frecării la alunecare se pot determina experimental.

Legea I a frecării:

Valoarea forței de frecare la alunecare depinde de natura și de gradul de prelucrare al suprafețelor aflate în contact. Dependența este caracterizată de o mărime adimensională, numită coeficient de frecare al alunecare, ce ia valori între 0 și 1 și se notează cu μ.

F_f ~ μ

Legea a II-a a frecării:

Valoarea forței de frecare la alunecare nu depinde de aria suprafeței de contact dintre corpuri.

Legea a III-a a frecării:

Valoarea forței de frecare la alunecare depinde de forța de apăsare exercitată de corp pe suprafața de alunecare, care este egală în mărime cu forța de reacțiune normală la suprafața de contact dintre corpuri.

F_f ~ N

Formula forței de frecare este dată de relația:

F_f = μ ∙ N

Tabel cu coeficienți de frecare la alunecare (μ).

👀 Experiment: Forța de frecare la rostogolire

Materiale necesare:
Cărucior cu roți care pot fi blocate (cutie de chibrituri pusă pe mai multe creioane colorate), fir prins de tortițele unui pahar de plastic.

Descrierea experimentului:

• Prinde firul cu paharul de cărucior.
• Așază căruciorul cu roți la capătul mesei și blochează-i roata.
• Adaugă monede în pahar până când căruciorul se mișcă uniform. Numără monedele (eu am pus 3 monede de 10 bani).
• Așază căruciorul cu roți (blocate) la capătul mesei.
• Adaugă monede în pahar până când căruciorul se mișcă uniform. Numără monedele (eu am pus 2 monede de 10 bani și una de 1 ban).

  Numărul monedelor când roțile nu sunt blocate este mai mic decât atunci când îi blocăm roata.

Concluzia experimentului:
Forța de frecare la rostogolire este mai mică decât forța de frecare la alunecare.

În cazul mecanismelor care conţin piese în mişcare una faţă de alta, frecarea dintre acestea determină încălzirea pieselor şi, în timp, uzarea lor. Pentru a micşora această frecare nedorită, se folosesc trei metode:

• Ungerea pieselor în mişcare ale unei maşini cu lubrifianţi (ulei de mecanisme, vaselină) .
• Șlefuirea suprafețelor care vin în contact.
• Folosirea rulmenţilor (formaţi din bile care se rostogolesc unele peste altele), deoarece forţa de frecare la rostogolire este mai mică decât forţa de frecare la alunecare și astfel aceştia reduc considerabil frecarea.

Exemple:

• Roţile automobilelor, ale bicicletelor, motocicletelor etc. sunt montate pe rulmenţi.
• Lagărele cu rulmenţi sunt utilizate şi la motoarele electrice, la strunguri, la axele vagoanelor, la axul pe care se fixează elicea avioanelor etc., adică oriunde trebuie să fie micşorată forţa de frecare.

👀 Experiment: Rezistenţa aerului

Materiale necesare:
Două coli de hârtie identice.

Descrierea experimentului:

• Una dintre cele două coli strânge-o ghemotoc.
• Ridică braţele în faţă la aceeaşi înălţime ţinând într-o mână coala făcută ghemotoc şi în cealaltă coala întinsă.
• Dă drumul celor două coli şi urmăreşte căderea lor.

  Ghemotocul de hârtie ajunge mai repede la sol, căzând pe verticală. Coală întinsă pluteşte şi are o direcţie de cădere dezordonată.

Concluzia experimentului:
Cu cât suprafaţa corpului este mai mare, cu atât el are o viteză de cădere mai mică.

🔦 Observație

În absenţa aerului (vid), toate corpurile ar cădea în linie dreaptă pe verticală şi cu aceeaşi viteză, indiferent de forma şi mărimea lor. Cum însă căderea lor are loc în aer, obiectele cu forme şi mărimi diferite au durate diferite de cădere datorită faptului că aerul opune o rezistenţă mai mare sau mai mică. Cu cât e mai mare suprafaţa corpului, cu atât rezistenţa aerului (frecarea dintre corp şi aerul din jurul său) este mai mare şi corpul cade mai încet şi mai neregulat.

Aşa ne explicăm căderea lentă a unei paraşute: aerul de sub cupola mare a paraşutei o frânează, încetinindu-i căderea.

În spaţiul cosmic nu există aer şi prin urmare nici frecare care să încetinească mişcarea. Navele spaţiale îşi folosesc numai din când în când motoarele pentru a schimba direcţia.

Când meteoriţii pătrund în atmosfera Terrei cu o viteză foarte mare, ei capătă o culoare roşie datorită frecării mari dintre ei şi aer și se aprind, semănând cu niște stele căzătoare.

Ploaia de meteori a Perseidelor este mai vizibilă odată cu căderea nopți și fenomenul atinge apogeul între 11 august, la miezul nopții, și 13 august, în zorii zilei. Alegeți un spațiu întunecat, departe de luminile orașului.