Bármilyen érintkezés két test között súrlódási erőt eredményez. Ebben az esetben nem mindegy, hogy a testek milyen halmazállapotban vannak, egymáshoz képest mozognak, vagy nyugalomban vannak. Ebben a cikkben röviden megvizsgáljuk, hogy milyen típusú súrlódások léteznek a természetben és a technológiában.
Nyugalmi súrlódás
Sokak számára furcsa lehet, hogy a testek súrlódása akkor is fennáll, ha egymáshoz képest nyugalomban vannak. Ezenkívül ez a súrlódási erő a legnagyobb erő a többi típus között. Akkor nyilvánul meg, amikor bármilyen tárgyat megpróbálunk mozgatni. Ez lehet fahasáb, kő vagy akár kerék is.
A statikus súrlódási erő fennállásának oka az érintkezési felületeken lévő egyenetlenségek jelenléte, amelyek mechanikusan kölcsönhatásba lépnek egymással a csúcs-vályú elv szerint.
A statikus súrlódási erőt a következő képlet segítségével számítjuk ki:
Ft1=µtN
Itt N a támasz reakciója, amellyel a felület a normál mentén hat a testre. A µt paraméter a súrlódási együttható. Attól függaz érintkező felületek anyaga, a felületek megmunkálásának minősége, hőmérsékletük és néhány egyéb tényező.
A felírt képlet azt mutatja, hogy a statikus súrlódási erő nem függ az érintkezési felülettől. Az Ft1 kifejezés lehetővé teszi az úgynevezett maximális erő kiszámítását. Számos gyakorlati esetben az Ft1 nem a maximum. Nagysága mindig egyenlő azzal a külső erővel, amely a testet nyugalmi helyzetből kívánja kimozdítani.
A nyugalmi súrlódás fontos szerepet játszik az életben. Ennek köszönhetően csúszás nélkül tudunk mozogni a talajon, talpunkkal elrugaszkodva. A horizonthoz dőlt síkon lévő testek nem csúsznak le róla az Ft1.
erő hatására.
Súrlódás csúszás közben
A súrlódás egy másik fontos típusa az ember számára akkor nyilvánul meg, amikor az egyik test átcsúszik a másik felületén. Ez a súrlódás ugyanazon fizikai okból keletkezik, mint a statikus súrlódás. Sőt, az erejét is hasonló képlettel számítják ki.
Ft2=µkN
Az egyetlen különbség az előző képlettől a különböző csúszósúrlódási együtthatók használata µk. A µk együtthatók mindig kisebbek, mint a statikus súrlódás hasonló paraméterei ugyanazon súrlódó felületpáron. A gyakorlatban ez a tény a következőképpen nyilvánul meg: a külső erő fokozatos növekedése az Ft1 értékének növekedéséhez vezet, amíg el nem éri a maximális értékét. Ezt követően őmeredeken, néhány tíz százalékkal csökken az Ft2 értékre, és állandó marad a test mozgása során.
A µk együttható ugyanazoktól a tényezőktől függ, mint a µt paraméter a statikus súrlódáshoz. Az Ft2 csúszósúrlódási ereje gyakorlatilag nem függ a testek mozgási sebességétől. Csak nagy sebességnél válik észrevehetővé a csökkenés.
A csúszósúrlódás fontossága az emberi életben jól látható olyan példákon, mint a síelés vagy a korcsolyázás. Ezekben az esetekben a µk együttható a dörzsölő felületek módosításával csökken. Éppen ellenkezőleg, az utak sóval és homokkal való megszórásának célja a µk és µt.
együtthatók értékének növelése.
Gördülési súrlódás
Ez a súrlódás egyik fontos típusa a modern technológia működése szempontjából. Jelen van a csapágyak forgása és a járművek kerekeinek mozgása során. A csúszó- és nyugalmi súrlódástól eltérően a gördülési súrlódás a kerék mozgás közbeni deformációjából adódik. Ez a deformáció, amely a rugalmas tartományban lép fel, a hiszterézis következtében energiát disszipál, és mozgás közben súrlódási erőként nyilvánul meg.
A legnagyobb gördülési súrlódási erő kiszámítása a következő képlet szerint történik:
Ft3=d/RN
Azaz az Ft3 erő, mint az Ft1 és Ft2 erők egyenesen arányos a támasz reakciójával. Ez azonban függ az érintkező anyagok keménységétől és a kerék R sugarától is. Az értékd gördülési ellenállási együtthatónak nevezzük. Ellentétben a µk és µt együtthatókkal, a d a hossz dimenziójával rendelkezik.
Általában a d/R dimenzió nélküli arány 1-2 nagyságrenddel kisebbnek bizonyul, mint a µk. Ez azt jelenti, hogy a testek mozgása gördüléssel energetikailag sokkal kedvezőbb, mint csúsztatással. Ezért alkalmazzák a gördülési súrlódást a mechanizmusok és gépek minden súrlódó felületén.
Súrlódási szög
A fent leírt súrlódási megnyilvánulások mindhárom típusát egy bizonyos Ft súrlódási erő jellemzi, amely egyenesen arányos N-vel. Mindkét erő egymáshoz képest derékszögben irányul.. Azt a szöget, amelyet vektorösszegük a felület normáljával bezár, súrlódási szögnek nevezzük. Fontosságának megértéséhez használjuk ezt a definíciót, és írjuk le matematikai formában, a következőt kapjuk:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Így a θ súrlódási szög érintője egyenlő a k súrlódási együtthatóval egy adott típusú erő esetén. Ez azt jelenti, hogy minél nagyobb a θ szög, annál nagyobb maga a súrlódási erő.
Súrlódás folyadékokban és gázokban
Amikor egy szilárd test gáznemű vagy folyékony közegben mozog, folyamatosan ütközik ennek a közegnek a részecskéivel. Ezek az ütközések, amelyek a merev test sebességének csökkenésével járnak, a folyékony anyagok súrlódásának okai.
Ez a típusú súrlódás nagymértékben függ a sebességtől. Tehát viszonylag kis sebességnél a súrlódási erőegyenesen arányosnak bizonyul a v mozgási sebességgel, míg nagy sebességnél arányosságról beszélünk v2.
Sok példa van erre a súrlódásra, a csónakok és hajók mozgásától a repülőgépek repüléséig.
