Měření smykového tření

Ukažme si, jak relativně snadno a rychle naměřit a vypočítat součinitele statického a dynamického smykového tření. Měření budeme provádět v programu Logger Lite na notebooku, k němuž připojíme rozhraní Vernier Go!Link a siloměr Vernier DFS-BTA. Jako testovací předmět použijeme telefonní seznam Zlaté stránky, jímž budeme smýkat po podlaze.

Nejdříve trochu teorie
Nahlédneme-li do Wikipedie, zjistíme u hesla tření toto: Smykové tření je pro poměrně velký rozsah rychlostí téměř konstantní. Avšak při uvádění tělesa do pohybu (za jinak stejných podmínek) je tření větší než u tělesa pohybujícího se. Rozlišuje se proto smykové tření klidové (statické) a za pohybu (kinematické). Stejným způsobem rozlišujeme také součinitele tření na statický f₀ a kinematický f.

Součinitel smykového tření f resp. f₀ se vyskytuje ve vzorci F_T = f FN, jde tedy o koeficient úměrnosti mezi třecí silou a silou, jíž je těleso přitlačováno k podložce (obvykle tíha tělesa; v případě, že F_T a F_N nejsou kolmé, započítáváme pouze kolmý průmět F_N)

Háček, program Logger Lite a Zlaté stránky
A nyní se pusťme do měření. K tělesu, jímž budeme smýkat, je potřeba připevnit očko, za které zahákneme háček siloměru. Já jsem ke hřbetu Zlatých stránek jednoduše izolepou přilepil smyčku z obyčejného provázku. Dále je pak vhodné siloměr přepnout na citlivější rozsah (0-10 N).

Zlaté stránky položíme na zem, zahákneme siloměr, v počítači spustíme program Logger Lite a odstartujeme měření. Tahem za siloměr se snažíme pomalu a rovnoměrně smýkat Zlatými stránkami po podlaze.

Když dokončíme měření (automaticky bylo přednastaveno na 10 sekund) na displeji počítače si prohlédneme graf závislosti naměřené síly na čase.

Jak odečítat
Na grafu jsou pro nás zajímavé dvě oblasti. Zeleným kroužkem jsem označil okamžik, kdy došlo k překonání statického tření a Zlaté stránky jsme uvedli do pohybu. Modře jsem pak označil oblast reprezentující rovnoměrné přímočaré smýkání po podlaze. Abychom z těchto oblastí vytěžili nějaká data, proveďme postupně toto:

• kliknutím na tlačítko „[A] měřítko" nastavíme optimální zobrazení grafu (využije se maximum plochy)


• označením modré oblasti a kliknutím na tlačítko „[1/2] statistika" zobrazíme statistické ukazatele vybrané oblasti


• kliknutím na tlačítko „odečet" a najetím kurzorem na pík v zelené oblasti odečteme jeho hodnotu

Vidíme, že třecí síla u statického tření byla 5,443 N, u dynamického pak v průměru 4,214 N. Abychom mohli vypočítat oba součinitele smykového tření, potřebujeme znát ještě tíhu Zlatých stránek. Tíha je síla a my máme siloměr – zjištění tíhy je tedy snadné.

A ještě kolik váží Zlaté stránky
Zavěšením Zlatých stránek na siloměr zjišťujeme, že jejich tíha je 12,479 N. Podělením třecí síly tíhou tedy snadno dostáváme součinitel smykového tření (pro papír smýkaný po linoleu).

Pro statické smykové tření: f₀ = 5,443 N / 12,479 N = 0,436

Pro dynamické smykové tření: f = 4,214 N / 12,479 N = 0,338

Vidíme, že dynamické smykové tření je zhruba o 30 % menší než tření statické. Pohledem do Tabulek [1] se mi sice nepodařilo ověřit výše uvedené hodnoty (v tabulkách jsem nenalezl kombinaci papír + linoleum), u známých kombinací však vždy vychází statické tření větší (obvykle o desítky procent) než dynamické, což je v souladu s naším pozorováním.

Literatura:

[1] Mikulčák a kolektiv. Matematické, fyzikální a chemické tabulky pro střední školy. Praha: SPN Praha, 1989.

Více o smykovém tření:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Smykov%C3%A9_t%C5%99en%C3%AD#Smykov.C3.A9_t.C5.99en.C3.AD

Více o programu Logger Lite např. na:
http://www.vernier.cz/podpora/prehled