A súrlódás jelensége az emberi életben egyaránt pozitív és negatív szerepet játszik. Egyrészt jelenléte nélkül lehetetlen lenne a mozgás, másrészt a súrlódás miatt óriási energia- és munkaanyag-veszteségek lépnek fel. A cikkben megvizsgáljuk a fizika szemszögéből, hogy mi a súrlódás, és hogyan találjuk meg a súrlódási együtthatót.
Súrlódási jelenség
A súrlódás olyan érintkezési jelenség, amely a különböző testek érintkezési zónájában lép fel, és amely ellensúlyozza ezek kölcsönös mozgását.
A szilárd testek mozgásának mechanikájában a súrlódás három típusát különböztetjük meg:
- nyugalomban cselekvés;
- a felületek egymáson csúsztatása közben működnek;
- guruló testek okozzák.
Nyugalmi súrlódás akkor lép fel, amikor külső érintőleges erőt fejtünk ki egy test felületére, hogy elmozdítsuk azt. A csúszósúrlódás szembetűnő példája a sílécek havon történő csúszása. Végül súrlódás gördülés közbenakkor nyilvánul meg, amikor a jármű kereke gördül az úton.
Képlet a súrlódási erő meghatározásához
A fizikában a felsorolt súrlódási típusokat ugyanaz a képlet írja le a ható erők számításakor. Ez a képlet így néz ki:
Ft=µN.
Az Ft súrlódási erő egyenlő a µ súrlódási tényező és az N támasztóreakció szorzatával. A megfelelő súrlódási típust figyelembe véve csak a µ együttható értéke., ami egy dimenzió nélküli mennyiség, változik.
Statikus és csúszó súrlódási erők esetén a µ értéke körülbelül az egység tizede. µ függ az érintkező anyagoktól, azok felületi érdességétől, és nem függ az érintkezési felülettől vagy a csúszási sebességtől.
Gördülési súrlódásnál a µ együttható (általában CR) függ a gördülőtest rugalmassági jellemzőitől, keménységétől, a gördülési sugártól és egyéb tényezőket. A legtöbb anyag esetében ez a gördülési tényező század- és ezredrész egységben van megadva.
Mivel a µ értékét számos tényező befolyásolja, nincs határozott matematikai képlet a kiszámítására. A súrlódási együttható meghatározásának kérdésére válaszolva azt kell mondani, hogy kísérletileg mérik.
Az együttható meghatározása µ
Ebben a bekezdésben a µ értékének gyakorlati meghatározásának két módját fogjuk megvizsgálni a csúszó- és nyugalmi súrlódás példáján.
Az első módja annak, hogy megválaszoljuk azt a kérdést, hogy hogyan találjuk meg a súrlódási együtthatót,egy rúd vízszintes síkra történő elhelyezéséből áll, amelyhez fékpadot rögzítenek. A rúd és a sík a vizsgált anyagpárból, például üvegből és fából készül. A rúd egyenletes mozgatásával, a fékpad tartásával meghatározhatja az Ft csúszóerőt. A rúd m tömegének ismeretében a µ együtthatót a következőképpen számítjuk ki:
µ=Ft / (mg).
A második módszer kényelmes a statikus súrlódás µ meghatározására. Ehhez el kell helyeznie egy rudat egy vízszintes síkra. Ezután a sík egyik végét lassan fel kell emelni, bizonyos szögben döntve a horizonthoz képest. Egy bizonyos θ szögnél a rúd elkezd lecsúszni a felületről. Ennek a szögnek a mérésével a µ súrlódási együttható a következő egyenletből határozható meg:
µ=tg(θ).
A µ gördülési súrlódás mérése egy kifinomultabb, ferde ingának nevezett beállítást foglal magában. A µ kiszámítása ebben az esetben a mozgásdinamikai egyenletek tanulmányozásával történik.
