Sile otpora

Zdravko Mutin

Sila trenja

Sila trenja se javlja kada čvrsto telo klizi po podlozi. Uzrok postojanja sile trenja je hrapavost kontaktnih površina tela i podloge. Standardni model sile trenja predlaže postojanje dva tipa sile trenja:

1. Statička sila trenja
2. Dinamička sila trenja

Statička sila trenja se protivi delovanju sile, koja pokušava da pomeri telo iz stanja mirovanja, dok se dinamička sila trenja javlja prilikom klizanja tela po podlozi, nekom stalnom brzinom. Statička sila trenja je veća od dinamičke sile trenja. Ovo znamo i iz iskustva. Telo je teže naterati da se kreće, nego što je nastaviti da ga se vuče po podlozi. Pri malim brzinama, dinamička sila trenja ne menja svoju vrednost.

Sila trenja Ftr uvek ima suprotan smer od vučne sile Fv. Da bi se telo pomerilo iz stanja mirovanja, vučna sila Fv mora biti veća od sile trenja Ftr. Oznaka μ je koeficijent trenja i predstavlja deo normalne sile N koji se, putem kontaktne površine, pretvara u silu trenja Ftr. Ukoliko je podloga po kojoj telo klizi horizontalna, normalna sila N je ustvari težina tela N=mg. Za svaki drugi slučaj, normalna sila se izračunava kao normalna (vertikalna) komponenta težine.

Međudelovanje molekula na kontaktnoj površini tela i podloge.

Sila trenja je pojednostavljenje međudelovanja atoma (molekula) na kontaktnoj površini. Atomi tela i podloge stupaju u  međudelovanje, koje ima elektrostatičku prirodu, ali bi bilo previše kompleksno da se proračuna. Stoga je lakše za parove površina (telo i podloga), određene uglačanosti, definisati koeficijent trenja μ i zatim proračunati rezultujuću silu trenja. 

$$F_{tr} =\mu \cdot N$$

Otpor sredine

Prilikom kretanja kroz fluide (tečnosti i gasovi) dolazi do interakcije tela koje se kreće i molekula sredine, kroz koju se telo kreće. Međudelovanje molekula sredine i tela se dešava na površini tela i može se nazvati površinsko trenje. Sveukupna interakcija tela i molekula sredine rezultuje mehaničkom silom koja se suprotstavlja kretanju tela. Ova sila zavisi od brzine i naziva se otpor sredine.

Osim suprotstavljanja kretanju, pažljivim odabirom oblika tela, ova sila može delovati i u nekom drugom pravcu i smeru. Različite brzine strujanja fluida oko tela, uzrokovane specifičnim oblikom, dovode do pojave različitih pritisaka u fluidu (Bernulijev princip). Ukupna energija fluida tokom vremena je konstanta te promena brzine dovodi do povećanja kinetičke energije što posledično smanjuje potencijalnu energiju fluida. Na mestima bržeg strujanja fluida statički pritisak je manji. Ova činjenica je iskorišćena za konstrukciju krila aviona.

Pri kretanju aviona vazduh brže struji preko njegove gornje površine, nego što struji ispod krila. Otuda je pritisak koji deluje na avionsko krilo odozgo manji od onog koji deluje odozdo. Stoga na avion delije rezultujuća sila, koja ga podiže u vazduh.

Strujanje vazduha oko glatke i hrapave golf loptice.

Golf loptica bi trebalo da odleti što je moguće dalje,  nakon prvog udarca. U toku leta loptica rotira. Ako je površina loptice glatka, vazduh oko nje ravnomerno struju, bez obzira na rotaciju. Ovakav način strujanja vazduha stvara veliku oblast vrtložnog kretanja iza loptice. Vrtložno kretanje predstavlja zonu sniženog pritiska, što koči lopticu i smanjuje njen krajnji domet. Ukoliko su na površini loptice utisnute rupice, prilikom rotiranja deo vazduha prenosi se u rupicama u zonu iza loptice, te je oblast vrtložnog kretanja iza loptice manja. Smanjenje pritiska iza loptice je sada manje izraženo, što za posledicu ima veći domet.

Leave a Reply