Kaj je koeficient trenja?

Trenje je uporna sila, ki proizvaja toploto, ki nastane zaradi gibanja dveh kontaktnih površin druga proti drugi. Posredno je produkt ene od štirih znanih temeljnih sil. Trenja sistema je nemogoče vnaprej natančno določiti iz teoretičnih prvih načel. Matematično izraz za trenje vključuje eno samo konstanto, ki vključuje vse vzročne dejavnike – koeficient trenja (COF), ki ga simbolizira grška črka μ. Enačba je preprosto zapisana fx = μxF, kjer fx definira obliko in mero trenja, medtem ko je F pravokotna ali »normalna« sila, ki jo izvajata obe površini, ena na drugo.

Vsi koeficienti trenja so brezdimenzionalne, skalarne količine; posamezni dejavniki, ki prispevajo, se upirajo popolni razlagi ali količinski opredelitvi. Temeljna sila, ki je odgovorna za večino trenja, je tudi tista, ki omogoča nastanek kemičnih vezi – elektrostatična sila. Na začetku se morda zdi, da je gravitacija vir trenja, saj je sila, ki je posledica gravitacije navzdol, vir spremenljivke F. Pravzaprav je koeficient merilo »lepljivosti« med obema površinama in ki je na mikroskopski ravni določena z električnimi naboji, ki težijo k preprečevanju gibanja tako, da jih “zvežejo” skupaj. Takšna vezava je značilnost lepil, ki se uporabljajo za cementiranje dveh površin skupaj.

Da je temu tako, dobro ponazarja sodoben polimer, politetrafluoroetilen (PTFE). Najbolj znan pod blagovno znamko DuPont™, Teflon®, PTFE kaže le zelo slabo privlačne elektrostatične sile Londonske disperzije. To daje PTFE koeficient trenja med “najboljšimi tremi” znanimi – približno 0.05-0.10. Če bi bil koeficient trenja produkt gravitacije, kemija površin ne bi bila pomembna in snovi, ki ne bi bile tako ekonomsko pomembne kot so.

Obstajajo načini za zmanjšanje trenja, ne da bi v nekem smislu spremenili materiale, iz katerih so izdelane površine. Koeficient trenja za sistem se lahko učinkovito zmanjša z zagotavljanjem tanke plasti maziva. Druga možnost je, da je pogosto mogoče zmanjšati trenje z vstavljanjem plinske odeje med površine, ki zmanjša navidezno težo površine na vrhu in odpravi napake pri izdelavi, kot je hrapavost površine. Sprememba efektivne teže zniža normalno silo, pomanjkanje pomanjkljivosti pa spremeni koeficient trenja; oba matematično zmanjšata posledično silo trenja. Inženirji so uporabili pojav plinske plasti za razvoj plovil na zračni plovbi za potovanje po kopnem in vodnih površinah.