A súrlódás olyan jelenség, amellyel a mindennapi életben folyamatosan találkozunk. Lehetetlen meghatározni, hogy a súrlódás káros vagy hasznos. Csúszós jégen akár egy lépést is megtenni nehéz feladatnak tűnik, durva aszf alton sétálni élvezet. A kenés nélküli autóalkatrészek sokkal gyorsabban kopnak.
A súrlódás tanulmányozása, alapvető tulajdonságainak ismerete lehetővé teszi az ember számára, hogy használja.
A súrlódási erő a fizikában
Az egyik testnek a másik felületén való mozgásából vagy mozgási kísérletéből eredő, a mozgás irányával ellentétes, mozgó testekre kifejtett erőt súrlódási erőnek nevezzük. A súrlódási erő modulusa, amelynek képlete sok paramétertől függ, az ellenállás típusától függően változik.
A következő típusú súrlódások különböztethetők meg:
• pihenés;
• csúszás;
• gördül.
Bármilyen kísérlet egy nehéz tárgy (szekrény, kő) elmozdítására a helyéről az ember erejének feszültségéhez vezet. Ugyanakkor nem mindig lehet mozgásba hozni a tárgyat. A pihenés súrlódása zavarja ezt.
Pihenési állapot
A statikus súrlódási erő számítási képletenem teszi lehetővé, hogy elég pontosan meghatározzuk. Newton harmadik törvénye értelmében a statikus ellenállási erő nagysága függ az alkalmazott erőtől.
Az erő növekedésével a súrlódási erő is nő.
0 < Fpihenési gond < Fmax
A nyugalmi súrlódás megakadályozza a fába ütött szögek kiesését; a cérnával varrt gombok szilárdan a helyükön vannak. Érdekes módon a pihenés ellenállása teszi lehetővé az ember számára a járást. Ráadásul az emberi mozgás irányába irányul, ami ellentmond az általános állapotnak.
Csúszó jelenség
Amikor a testet mozgató külső erő a legnagyobb statikus súrlódási erő értékére nő, a test mozogni kezd. A csúszó súrlódási erőt akkor vesszük figyelembe, amikor az egyik testet a másik felületére csúsztatjuk. Értéke a kölcsönhatásban lévő felületek tulajdonságaitól és a felületre ható függőleges hatás erejétől függ.
A csúszósúrlódási erő számítási képlete: F=ΜP, ahol Μ az arányossági együttható (csúszási súrlódás), P a függőleges (normál) nyomás ereje.
Az egyik mozgatóerő a csúszó súrlódási erő, melynek képletét a támasz reakcióerejének felhasználásával írjuk fel. Newton harmadik törvényének teljesüléséből adódóan a normálnyomás erői és a támasz reakcióereje nagyságrendileg azonos, irányú ellentétes: Р=N.
Mielőtt megtalálná a súrlódási erőt, amelynek képlete más alakot vesz fel (F=M N), határozza meg a reakcióerőt.
A csúszási ellenállási együtthatót kísérletileg vezették be két dörzsölőfelületre, ezek megmunkálási minőségétől és anyagától függ.
Táblázat. Az ellenállási együttható értéke különböző felületekre
| pp | Együttható felületek | Csúszási súrlódási tényező értéke |
| 1 | Acél+jég | 0, 027 |
| 2 | Tölgy+tölgy | 0, 54 |
| 3 | Bőr+öntöttvas | 0, 28 |
| 4 | Bronz+vas | 0, 19 |
| 5 | Bronz+öntöttvas | 0, 16 |
| 6 | Acél+acél | 0, 15 |
A legnagyobb statikus súrlódási erő, amelynek képletét fentebb leírtuk, ugyanúgy meghatározható, mint a csúszósúrlódási erő.
Ez fontossá válik a vezetési ellenállás erősségének meghatározásához szükséges problémák megoldása során. Például egy könyv, amelyet egy felülről megnyomott kéz mozgat, a kéz és a könyv között fellépő nyugalmi ellenállási erő hatására elcsúszik. Az ellenállás mértéke a könyvre ható függőleges nyomáserő értékétől függ.
Guruló jelenség
Forradalminak számít, hogy őseink a vontatókról a szekerekre váltottak. A kerék feltalálása az emberiség legnagyobb találmánya. A gördülési súrlódás, amely akkor lép fel, amikor egy kerék egy felület felett mozog, nagyságrendileg lényegesen kisebb, mint a csúszási ellenállás.
A gördülési súrlódási erők megjelenése a felületre ható normál keréknyomás erőivel függ össze, és olyan jellege van, amely megkülönbözteti a csúszástól. A kerék enyhe deformációja miatt a kialakított terület közepén és a szélei mentén különböző nyomóerők lépnek fel. Ez az erőkülönbség határozza meg a gördülési ellenállás előfordulását.
A gördülési súrlódási erő számítási képletét általában a csúszási folyamathoz hasonlóan veszik. A különbség csak a légellenállási együttható értékeiben látható.
Az ellenállás természete
A súrlódó felületek érdessége megváltozásakor a súrlódási erő értéke is változik. Nagy nagyításnál két érintkező felület úgy néz ki, mint egy ütés, éles csúcsokkal. Ha egymásra helyezzük, akkor a test kiálló részei érintkeznek egymással. A teljes érintkezési terület jelentéktelen. A testek mozgatásakor vagy mozgatásakor a "csúcsok" ellenállást keltenek. A súrlódási erő nagysága nem függ az érintkező felületek területétől.
Úgy tűnik, hogy két tökéletesen sima felületnek egyáltalán nem kell ellenállást tapasztalnia. A gyakorlatban a súrlódási erő ebben az esetben maximális. Ezt az eltérést az erők eredetének természete magyarázza. Ezek elektromágneses erők, amelyek kölcsönhatásban lévő testek atomjai között hatnak.
A természetben súrlódástól nem járó mechanikai folyamatok lehetetlenek, mert a "kikapcsolás" képességenincs elektromos kölcsönhatás a töltött testek között. Az ellenállási erők függetlensége a testek kölcsönös helyzetétől lehetővé teszi, hogy nem potenciálisnak nevezzük őket.
Érdekes, hogy a súrlódási erő, amelynek képlete a kölcsönhatásban lévő testek sebességétől függően változik, arányos a megfelelő sebesség négyzetével. Ez az erő magában foglalja a folyadék viszkózus ellenállásának erejét is.
Mozgás folyadékban és gázban
Szilárd test folyadékban vagy gázban, szilárd felület közelében folyadékban történő mozgását viszkózus ellenállás kíséri. Előfordulása a mozgás során szilárd test által magával ragadott folyadékrétegek kölcsönhatásával jár. A különböző rétegsebesség a viszkózus súrlódás forrása. Ennek a jelenségnek a sajátossága a folyadék statikus súrlódásának hiánya. A külső hatás mértékétől függetlenül a test mozogni kezd a folyadékban.
A mozgás sebességétől függően az ellenállási erőt a mozgás sebessége, a mozgó test alakja és a folyadék viszkozitása határozza meg. Ugyanazon test vízben és olajban történő mozgását különböző nagyságú ellenállás kíséri.
Kis sebességeknél: F=kv, ahol k a test lineáris méreteitől és a közeg tulajdonságaitól függő arányossági tényező, v a test sebessége.
A folyadék hőmérséklete is befolyásolja a benne lévő súrlódást. Fagyos időben az autó felmelegszik, így az olaj felmelegszik (a viszkozitása csökken), és segít csökkenteni a motor érintkező alkatrészeinek tönkremenetelét.
Mozgásgyorsítás
A test sebességének jelentős növekedése turbulens áramlások megjelenését okozhatja, miközben az ellenállás drámaian megnő. Az értékek a következők: a mozgási sebesség négyzete, a közeg sűrűsége és a test felülete. A súrlódási erő képlete más alakot vesz fel:
F=kv2, ahol k a test alakjától és a közeg tulajdonságaitól függő arányossági tényező, v a test sebessége.
Ha a test áramvonalas, a turbulencia csökkenthető. A delfinek és bálnák testalkata tökéletes példája a természeti törvényeknek, amelyek befolyásolják az állatok sebességét.
Energiamegközelítés
A testmozgást a környezet ellenállása akadályozza. Az energiamegmaradás törvényének alkalmazásakor azt mondják, hogy a mechanikai energia változása megegyezik a súrlódási erők munkájával.
Az erő munkáját a következő képlettel számítjuk ki: A=Fscosα, ahol F az az erő, amely alatt a test elmozdul egy s távolságot, α az erő és az elmozdulás iránya közötti szög.
Nyilvánvalóan az ellenállási erő ellentétes a test mozgásával, innen cosα=-1. A súrlódási erő munkája, melynek képlete Atr=- Fs, az értéke negatív. Ebben az esetben a mechanikai energia belső energiává alakul át (deformáció, felmelegedés).
