В земных условиях любые движущиеся тела (или wchodzących w ruch) wchodzi w kontakt z substancją środowiska lub innymi ciałami. W takim przypadku powstają siły, które opierają się ich ruchowi. Siły te nazywane są siłami tarcia, przenoszą część mechanicznej energii ruchu na energię wewnętrzną, której towarzyszy ogrzewanie ciał i otoczenia.
Tarcie jest zewnętrzne i wewnętrzne. Wewnętrzna (inaczej zwana lepkością) jest pojawieniem się siły stycznej między ruchomymi warstwami cieczy lub gazu, która utrudnia ten ruch.
В отличие от него, внешнее трение возникает в miejsca kontaktu ciał stałych w postaci siły stycznej do ich powierzchni i utrudniającej ich wzajemny ruch. To z kolei dzieli się na statyczne (tarcie statyczne) i kinematyczne. Tarcie statyczne objawia się podczas próby poruszenia jednego nieruchomego ciała względem drugiego. Kinematyka istnieje między poruszającymi się ciałami w kontakcie ze sobą. Tarcie zewnętrzne można podzielić na tarcie ślizgowe i toczne.
Jakie jest fizyczne znaczenie tarcia?Czy to jest przydatne czy szkodliwe? Na pierwszy rzut oka przeszkadza nam tarcie: szczegóły mechanizmów, zużywanie się opon samochodowych, podeszwy butów są wymazywane, dlatego stworzenie perpetuum mobile jest niemożliwe tylko z tego powodu. Ale przyjrzyj się bliżej. Tarcie zniknie - nie możemy ani chodzić, ani przeglądać książki, ani poruszać samochodem, ani zatrzymywać poruszającego się samochodu. Ogromna liczba zjawisk fizycznych na świecie opiera się na tarciu. Dwa główne osiągnięcia ludzkości determinujące rozwój cywilizacji - produkcja ognia i wynalezienie koła - nie byłyby możliwe bez niego.
Zjawisko to opiera się na nierówności dowolnych ciał:w kontakcie, nacięcia jednego zawsze przylegają do szorstkości drugiego. W przypadku idealnie gładkich (na przykład starannie wypolerowanych) powierzchni, które ściśle przylegają do siebie, obowiązują prawa tarcia molekularnego, oparte na wzajemnym przyciąganiu cząsteczek.
Nauka trybologii zajmuje się badaniem tarcia.W 1781 r. francuski fizyk C. Coulomb sformułował podstawowe prawa tarcia suchego. Doświadczalnie naukowiec ustalił, że siła tarcia F powstająca podczas poślizgu jest wprost proporcjonalna do siły N ciśnienia normalnego działającego na ciało. Ta zależność wygląda tak:
N: F = k N;
gdzie ilość k jest współczynnikiem tarcia (współczynnikproporcjonalność). Jego wartość obliczono w następujący sposób: ciało ustawiono na pochyłej płaszczyźnie i zmieniając kąt nachylenia uzyskano jego równomierny ruch. W tym przypadku siła tarcia F była równa sile napędowej P:
F = P ∙ grzech a;
Wielkość siły N (siła ciśnienia normalnego) jest równaP ∙ cos a; stąd k = tg a. Stąd współczynnik tarcia jest styczną kąta nachylenia powierzchni, po której ciało ślizga się równomiernie, to znaczy ze stałą prędkością.
W praktyce jego wartość można obliczyćtylko w przybliżeniu. Powierzchnie ciał z reguły są zanieczyszczone w takim czy innym stopniu, mają tlenki, rdzę i inne wtrącenia. Współczynnik tarcia, wyznaczony parami dla kombinacji różnych materiałów w drodze eksperymentów, jest wprowadzany do specjalnych tabel przeglądowych.
Podczas toczenia powstaje tarcie, ponieważporuszające się koło jest lekko dociskane do nawierzchni drogi, to znaczy jest zmuszone do pokonania niewielkiego wyboju. Im twardsza droga, tym mniej wybojów i mniejsza siła tarcia. Jego wartość oblicza się w tym przypadku ze wzoru: F = k ∙ N / r, w którym r jest wartością promienia koła. W konsekwencji współczynnik tarcia tocznego ma wymiar wydłużenia. Wyraża się go zwykle w centymetrach, w przeciwieństwie do współczynnika tarcia ślizgowego, który jest wielkością bezwymiarową.
Jak wspomniano powyżej, wewnętrznytarcie istnieje nie tylko dla ciał stałych, ale także dla cieczy. W hydraulice często wymagane jest obliczanie jednostkowych strat energii układów hydraulicznych występujących w rurociągach. Są one dwojakiego rodzaju: straty długości występujące w prostych rurach o równomiernym przepływie oraz straty lokalne, których przyczyną jest odkształcenie przepływu na skutek zmiany kształtu kanału (zwężenie, rozszerzenie, zwoje). Strata hydrauliczna jest obliczana przy użyciu podobnej wartości zwanej „współczynnikiem tarcia hydraulicznego”.
