Kaj je Coulomb trenje?

Coulombovo trenje je poenostavljena kvantifikacija sile trenja, ki obstaja med dvema suhima površinama, ki sta v stiku med seboj. Vsi izračuni trenja so približki in ta meritev, ki jo je leta 1785 razvil Charles-Augustin de Coulomb kot izpopolnitev klasičnega modela Leonarda da Vincija, je odvisna le od temeljnih načel gibanja. Predpostavlja, da so kontaktne površine dokaj enotne in da je koeficient trenja, ki ga je treba premagati, da se začne gibanje, dobro uveljavljen za materiale v stiku. Upošteva tudi normalno silo, ki vključuje gravitacijsko silo, bodisi v neposrednem vodoravnem gibanju na normalno silo ali pri vektorskem naklonu.

Izračuni strojništva pogosto uporabljajo Coulombove formule trenja zaradi svoje preprostosti in jih je mogoče prilagoditi tako, da upoštevajo statično trenje teles, ki niso v gibanju, ali kinetično trenje teles, ki drsijo drug proti drugemu. Ta model predpostavlja, da so materiali toge trdne snovi, brez maziv ali drugih tekočin ali plinov med njimi. Čeprav Coulombov zakon trenja dobro deluje s temi materiali, kjer so vključene polmehke spojine, kot je guma ali polirane kovinske površine, so izračuni manj natančni.

Guillaume Amontons, francoski izumitelj, je leta 1699 izpopolnil izračune trenja Leonarda da Vincija in Coulomb je to uporabil, da bi utemeljil svoje razumevanje trenja. Za suhe površine veljajo tri fizikalna pravila, prva dva sta znana kot Amontonova zakona, tretje pa kot Coulombov zakon. Prva dva navajata, da je sila trenja neposredno sorazmerna z obremenitvijo in je neodvisna od vidne površine stika med materiali. Coulombov zakon pravi, da je kinetično trenje teles v gibanju neodvisno od dejanske hitrosti drsenja teles.

Coulombov koeficient trenja je statična sila, ki je nekoliko višja od gibalne sile, ko dva materiala mirujeta, medtem ko sta v stiku drug z drugim. Ta koeficient trenja je dobro znan za številne preproste, čiste materiale in je podan kot število brez enote. Za suhe površine je koeficient trenja za les ob beton 0.62, za polistiren ob jeklo od 0.3 do 0.35 in za jeklo ob Teflon® 0.04. Te številke se uporabljajo za izračun sile, potrebne za premagovanje statičnega trenja, znane kot sila trenja, tako da se koeficient trenja pomnoži z normalno silo. Normalna sila je masa materiala, pomnožena z gravitacijskim umikom, z dodanimi vektorskimi izračuni, če se obe površini premikata navzgor ali navzdol po naklonu proti gravitacijskemu vlečenju ali proti njej.

Dušenje Coulombovega trenja je učinek trenja, ki je vedno v nasprotju s smerjo gibanja. Izraža se kot sproščanje toplotne energije med površinami, ki zmanjša neto kinetično energijo gibanja. Coulombov navor trenja vključuje rotacijske sile, ko se dva materiala med stikom ne premikata linearno, in je še en primer, kjer so osnovne formule vključene v bolj zapletene izračune dejanskega trenja. Ti izračuni vzamejo Coulombove formule in jih razširijo tako, da vključujejo različna okolja trenja, vključno s trenjem viskoznega fluida, notranjim trenjem v materialih, kjer se deformacija dogaja, in več.