A súrlódási erő olyan fizikai mennyiség, amely megakadályozza a test mozgását. Ez általában akkor fordul elő, amikor a testek szilárd, folyékony és gáznemű anyagokban mozognak. A különböző típusú súrlódási erők fontos szerepet játszanak az emberi életben, mivel megakadályozzák a testek sebességének túlzott növekedését.
A súrlódási erők osztályozása
Általános esetben minden típusú súrlódási erőt három típussal írnak le: a csúszó, gördülő és nyugalmi súrlódási erőt. Az első statikus, a másik kettő dinamikus. A nyugalmi súrlódás megakadályozza, hogy a test elmozduljon, csúszáskor viszont súrlódás lép fel, amikor a test mozgása közben egy másik test felületéhez súrlódik. Gördülési súrlódás akkor lép fel, amikor egy kerek tárgy elmozdul. Vegyünk egy példát. A típus (gördülési súrlódási erő) szembetűnő példája az autókerekek mozgása az aszf alton.
A súrlódási erők természete a mikroszkopikus tökéletlenségek létezése két test súrlódó felületei között. Emiatt a keletkező erő hatómozgó vagy mozgásba kezdõ tárgy az érintkezõ testek felületére merõlegesen irányított N támasz normál reakcióerejének és az F súrlódási erõnek az összegébõl áll. érintkezési felület, és ellentétes a test mozgásával.
Súrlódás két szilárd test között
A különböző típusú súrlódási erők kérdésének mérlegelésekor a következő mintákat figyeltük meg két szilárd test esetében:
- A súrlódási erő a támasztófelülettel párhuzamosan irányul.
- A súrlódási tényező az érintkező felületek természetétől, valamint állapotuktól függ.
- A maximális súrlódási erő egyenesen arányos az érintkezési felületek között ható normál erővel vagy támaszreakcióval.
- Ugyanazokon a testeken a súrlódási erő nagyobb, mielőtt a test elkezdene mozogni, majd csökken, amikor a test elkezd mozogni.
- A súrlódási tényező nem függ az érintkezési felülettől, és gyakorlatilag nem függ a csúszási sebességtől.
Törvények
A mozgástörvényekre vonatkozó kísérleti anyagot összegezve a következő alapvető súrlódási törvényeket állapítottuk meg:
- A két test közötti csúszással szembeni ellenállás arányos a közöttük ható normál erővel.
- A dörzsölő testek közötti mozgással szembeni ellenállás nem függ a köztük lévő érintkezési felülettől.
A második törvény bemutatására a következő példát hozhatjuk: ha veszünk egy blokkot, és a felületen csúsztatva mozgatjuk, akkor az ilyen mozgáshoz szükséges erőugyanaz lesz, amikor a blokk a hosszú oldalával a felületen fekszik, és amikor a végével áll.
A fizikában a különböző típusú súrlódási erőkre vonatkozó törvényeket a 15. század végén fedezte fel Leonard da Vinci. Aztán sokáig feledésbe merültek, és csak 1699-ben fedezte fel újra őket Amonton francia mérnök. Azóta a súrlódási törvények az ő nevét viselik.
Miért nagyobb a súrlódási erő, mint a nyugalmi csúszásé?
Többféle súrlódási erő (nyugalmi és csúszási) mérlegelésekor meg kell jegyezni, hogy a statikus súrlódási erő mindig kisebb vagy egyenlő, mint a statikus súrlódási tényező és a támasztóerő reakcióerejének szorzata. A súrlódási együtthatót kísérleti úton határozzák meg ezeknél a dörzsölő anyagoknál, és beírják a megfelelő táblázatokba.
A dinamikus erő kiszámítása ugyanúgy történik, mint a statikus erő. Csak ebben az esetben a súrlódási együtthatót kifejezetten a csúszáshoz használják. A súrlódási együtthatót általában a görög Μ (mu) betűvel jelölik. Így mindkét súrlódási erő általános képlete: Ftr=ΜN, ahol N a támasztó reakcióerő.
Az ilyen típusú súrlódási erők közötti különbség természetét nem állapították meg pontosan. A legtöbb tudós azonban úgy véli, hogy a statikus súrlódási erő nagyobb, mint a csúszásé, mert amikor a testek egy ideig egymáshoz képest nyugalomban vannak, akkor felületeik között ionkötések vagy a felületek egyes pontjainak mikrofúziói alakulhatnak ki. Ezek a tényezők a statikus elektromosság növekedését okozzákindikátor.
Példa a többféle súrlódási erőre és azok megnyilvánulására az autómotor hengerében lévő dugattyú, amelyet a hengerhez "forrasztanak", ha a motor hosszabb ideig nem jár.
Vízszintes csúszó test
Adjuk meg egy olyan test mozgásegyenletét, amely Fin külső erő hatására csúszva kezd el mozogni a felületen. Ebben az esetben a következő erők hatnak a testre:
- Fv – külső erő;
- Ftr – az Fv;
- N a támasz reakcióereje, amely abszolút értékben megegyezik a P test tömegével, és a felületre irányul, vagyis arra merőleges.
erővel ellentétes irányú súrlódási erő
Az összes erő irányát figyelembe véve Newton második törvényét írjuk erre a mozgásesetre: Fv - Ftr=ma, ahol m - testtömeg, a - mozgásgyorsulás. Tudva, hogy Ftr=ΜN, N=P=mg, ahol g a szabadesési gyorsulás, a következőt kapjuk: Fv – Μmg=ma. Innen kifejezve azt a gyorsulást, amellyel a csúszó test mozog, a következőt kapjuk: a=F in / m – Μg.
Merev test mozgása folyadékban
Ha megvizsgáljuk, hogy milyen típusú súrlódási erők léteznek, meg kell említeni egy fontos fizikai jelenséget, amely a szilárd test folyadékban való mozgásának leírása. Ebben az esetben aerodinamikai súrlódásról beszélünk, amelyet a folyadékban lévő test sebességétől függően határoznak meg. Kétféle mozgás létezik:
- Mikormerev test kis sebességgel mozog, lamináris mozgásról beszélünk. A lamináris mozgásban a súrlódási erő arányos a sebességgel. Példa erre a Stokes-törvény gömbtestekre.
- Ha egy test mozgása egy folyadékban egy bizonyos küszöbértéknél nagyobb sebességgel megy végbe, akkor a folyadékáramlásból származó örvények kezdenek megjelenni a test körül. Ezek az örvények további erőt hoznak létre, amely akadályozza a mozgást, és ennek eredményeként a súrlódási erő arányos a sebesség négyzetével.
A gördülési súrlódási erő természete
Amikor a súrlódási erők fajtáiról beszélünk, a gördülési súrlódási erőt szokás harmadik típusnak nevezni. Ez akkor nyilvánul meg, amikor egy test átgurul egy bizonyos felületen, és ennek a testnek és magának a felületnek a deformációja következik be. Azaz abszolút nem deformálódó test és felület esetén nincs értelme a gördülési súrlódási erőről beszélni. Nézzük meg közelebbről.
A gördülési súrlódási tényező fogalma hasonló a csúszáshoz. Mivel gördülés közben nincs csúszás a testek felületei között, a gördülési súrlódási együttható sokkal kisebb, mint a csúszásnál.
A fő tényező, amely befolyásolja az együtthatót, a mechanikai energia hiszterézise a gördülési súrlódási erő típusához. Különösen a kerék, attól függően, hogy milyen anyagból készült, valamint a terheléstől függően, mozgás közben rugalmasan deformálódik. A rugalmas deformáció ismétlődő ciklusai a mechanikai energia egy részének hőenergiává történő átviteléhez vezetnek. Ezen túlmenően, mivelsérülés esetén a kerék és a felület érintkezésének már van véges érintkezési felülete.
gördülési súrlódási erő képlete
Ha a kereket forgató erőnyomaték kifejezését alkalmazzuk, akkor azt kaphatjuk, hogy a gördülési súrlódási erő Ftr.k.=Μ k N / R, itt N a támasz reakciója, R a kerék sugara, Μк – gördülési súrlódási tényező. Így a gördülési súrlódási erő fordítottan arányos a sugárral, ami megmagyarázza a nagy kerekek előnyét a kicsikkel szemben.
Ennek az erőnek a kerék sugarával fordított arányossága azt sugallja, hogy két különböző sugarú, azonos tömegű és ugyanabból az anyagból készült kerék esetén a nagyobb sugarú kerék könnyebben mozgatható. megmozdul.
Gördülési arány
Az ilyen típusú súrlódási erő képletével azt kapjuk, hogy a Μk gördülési súrlódási együttható hosszmérettel rendelkezik. Ez elsősorban az érintkező szervek természetétől függ. Az értéket, amelyet a gördülési súrlódási tényező és a sugár aránya határoz meg, gördülési együtthatónak nevezzük, azaz Ck=Μk / R egy dimenzió nélküli mennyiség.
A Ck gördülési együttható lényegesen kisebb, mint a Μtr csúszósúrlódási együttható. Ezért arra a kérdésre válaszolva, hogy melyik típusú súrlódási erő a legkisebb, nyugodtan nevezhetjük gördülési súrlódási erőnek. Ennek a ténynek köszönhetően a kerék feltalálása a technológiai fejlődés fontos lépésének számít.emberiség.
A gördülési arány rendszerfüggő, és a következő tényezőktől függ:
- a kerék és a felület keménysége (minél kisebb a testek mozgás közbeni alakváltozása, annál kisebb a gördülési együttható);
- keréksugár;
- súly, amely a kerékre hat;
- érintkezési felület és alakja;
- viszkozitás a kerék és a felület érintkezési területén;
- testhőmérséklet
