Podle pokusů Charlese Coulomba z roku 1781 platí, že smykové tření je za mírných rychlostí (0,5 – 5 m/s) nezávislé ani na rychlosti, ani na velikosti styčné plochy. Třecí síla závisí jen na tlakové síle kolmé k podložce, tzv. normálové síle a dále na materiálu a jakosti styčných ploch. Jako reakce na ni se vytvoří síla N, která působí opačným směrem s působištěm v místě dotyku tělesa s podložkou.
Smykové tření.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Třecí sílu počítáme ze vztahu, který se také někdy označuje jako Amontonův-Coulombův
Závislost na materiálu a jakosti styčných ploch vyjadřujeme součinitelem smykového tření f, který je při běžných rychlostech stálý. Hodnota součinitele smykového tření se určuje měřením a je uvedena ve fyzikálních tabulkách. Liší se pro různé látky i různé druhy styčných ploch, např. drsných, hladkých a namazaných.
|
Materiál |
f |
Materiál |
f |
|---|---|---|---|
|
Dřevo – dřevo (suché) |
0,40 |
Kov – kov (olej) |
0,05 |
|
Dřevo – dřevo (namydlené) |
0,20 |
Velmi dobře vyleštěné plochy |
0,03 |
|
Kov – dubové dřevo (suché) |
0,55 |
Ocel – achát (suché) |
0,20 |
|
Kov – dubové dřevo (mokré) |
0,25 |
Ocel – achát (olej) |
0,11 |
|
Kůže – dub |
0,32 |
Ocel – křemen (suché) |
0,50 |
|
Kůže – kov (suché) |
0,56 |
Pneumatika – beton (suché) |
0,70 |
|
Kůže – kov (mokré) |
0,36 |
Pneumatika – beton (mokré) |
0,25 |
|
Kůže – kov (olej) |
0,15 |
Dřevo – kámen |
0,40 |
|
Kov – kov (suché) |
0,17 |
Teflon – teflon |
0,07 |
|
Kov – kov (mokré) |
0,30 |
Nylon – nylon |
0,25 |
Při vyšších rychlostech se hodnota koeficientu tření snižuje. K tomu je třeba přihlížet při brzdění při velkých rychlostech. Kola se sice přestanou otáčet, ale vozidlo klouže dál. Proto je lepší brzdit přerušovaně.
Rozlišujeme statické tření (působí při přechodu z klidu do pohybu) a dynamické tření (při pohybu). Z experimentů vychází, že statické tření je větší než dynamické přibližně o 20 až 30 %. Při smykovém tření, nazývaném také suché či Coulombovu tření, je síla proti pohybu konstantní. Při viskozním či Stokesově tření je tlumivá síla úměrná rychlosti tělesa. Při větších rychlostech a aerodynamicky nevýhodných tvarech je nutno užít tzv. Newtonova zákona odporu, v němž síla proti pohybu roste s druhou mocninou rychlosti a je závislá na hustotě prostředí, na tvaru tělesa a na jeho největším průřezu.
Síly smykového tření vznikají při zapadání drobných mikroskopických hrbolků a nerovností povrchu dotýkajících se ploch. Uvedené síly vznikají také elastickými deformacemi těchto nerovností a soudržností těles v místech, kde vzdálenosti mezi jejich částicemi jsou tak malinké, že dochází k mezimolekulárnímu přitahování. Čím je plocha lépe obrobená, vyhlazená, tím je tření menší.
Kdyby byla dvě tělesa s vyleštěnými a pečlivě očistěnými kovovými povrchy uvedena do styku ve velmi dobrém vakuu, nemohla by po sobě klouzat. Naopak, okamžitě by k sobě přilnula (byla by svařena za studena) tak těsně, že by vytvořila jediný kovový kus. Existují speciálně leštěné strojnické bloky, které k sobě i ve vzduchu mohou přilnout tak pevně, že je lze oddělit jen kroucením. Těsného kontaktu atom-atom obvykle nelze docílit tak snadno. I vysoce leštěný kovový povrch má daleko k tomu, aby byl rovinný v atomovém měřítku. Běžné povrchy jsou navíc znečistěny vrstvami oxidů a jiných nečistot, které možnost svaření za studena zhoršují. Dva povrchy, které jsou k sobě přiloženy, se stýkají pouze nejvyššími výběžky. Skutečná mikroskopická dotyková plocha je mnohem menší než zdánlivá makroskopická styčná plocha, dokonce až 104krát. Přesto se povrchy mohou k sobě svařit v mnoha stykových bodech. Snažíme-li se potom vnější silou docílit vzájemného skluzu těles podél jejich povrchů, způsobují tyto sváry vznik statického tření.
Tlačíme-li těleso po nějaké podložce, dochází nejprve k narušení svarů (utržení) a poté k jejich opakovanému porušování a znovuobnovování při náhodném vzniku dalších a dalších stykových plošek. Nepřetržité opakování kontaktů a smyků může být provázeno různými zvuky, například při smyku kol na suché dlažbě, škrábání nehtem po tabuli, otevírání dveří s rezavými panty apod.
U strojů a zařízení je nevhodné, aby docházelo ke tření kovu o kov i při dokonalém mazáním, protože by docházelo k velkým energetickým ztrátám. Proto se kluzné plochy konstruují ve tvaru klínu, který sám při chodu stroje nasaje olej. Nedochází už ke tření kovu o kov, ale ke tření uvnitř kapaliny, hovoříme o kapalinovém tření. Je daleko menší než tření namazaných kovových ploch. O velikosti kapalinového třetí rozhoduje kvalita oleje, tzv. dynamická viskozita ƞ. Třecí síla pak závisí na rychlosti, obsahu ploch a tloušťce kapaliny
Při klouzání lana navinutého na kůl dosahuje smykové tření velkých hodnot. Čím větší je počet otáček lana, tím větší je tření. Vrůstá podle pravidla: zvětšuje–li se počet otáček aritmeticky, roste smykové tření geometricky. Proto i slabé dítě, držící za volný konec lano třikrát až čtyřikrát obtočené kolem pevného sloupu, dokáže udržet větší loď v přístavu. Leonhard Euler stanovil závislost smykového tření na počtu otáček lana kolem kůlu
Kde α je poměr délky navinutého lana k poloměru oblouku, f je koeficient tření mezi lanem a sloupkem, F1 je síla, kterou je napínáno lano lodí a F je síla, kterou my působíme. Ze stejného důvodu jsou pevné i uzly. Vždyť uzel není nic jiného než lano navinuté na lano, pro který planí také Eulerův vzorec.
