Enhver kontakt mellem to kroppe resulterer i en friktionskraft. I dette tilfælde er det ligegyldigt i hvilken aggregeret stoftilstand kroppene er, om de bevæger sig i forhold til hinanden eller er i hvile. I denne artikel vil vi kort overveje, hvilke typer friktion der findes i naturen og teknologien.
Hvilefriktion
For mange kan det være en mærkelig idé, at kroppens friktion eksisterer, selv når de er i ro i forhold til hinanden. Derudover er denne friktionskraft den største kraft blandt andre typer. Det manifesterer sig, når vi forsøger at flytte en genstand. Det kan være en træblok, en sten eller endda et hjul.
Årsagen til eksistensen af den statiske friktionskraft er tilstedeværelsen af uregelmæssigheder på kontaktfladerne, som mekanisk interagerer med hinanden ifølge peak-trough-princippet.
Den statiske friktionskraft beregnes ved hjælp af følgende formel:
Ft1=µtN
Her er N reaktionen af støtten, hvormed overfladen virker på kroppen langs normalen. Parameteren µt er friktionskoefficienten. Det kommer an påmaterialet på de kontaktflader, kvaliteten af behandlingen af disse overflader, deres temperatur og nogle andre faktorer.
Den skrevne formel viser, at den statiske friktionskraft ikke afhænger af kontaktområdet. Udtrykket for Ft1 giver dig mulighed for at beregne den såkaldte maksimale kraft. I en række praktiske tilfælde er Ft1 ikke maksimum. Den er altid lig med den ydre kraft, der søger at bringe kroppen ud af hvile.
Hvilefriktion spiller en vigtig rolle i livet. Takket være dette kan vi bevæge os på jorden og skubbe fra den med vores fodsåler uden at glide. Lige, der er på fly, der hælder mod horisonten, glider ikke af dem på grund af kraften Ft1.
Friktion under glidning
En anden vigtig type friktion for en person viser sig, når en krop glider over overfladen af en anden. Denne friktion opstår af samme fysiske årsag som den statiske friktion. Desuden er hans styrke beregnet ved hjælp af en lignende formel.
Ft2=µkN
Den eneste forskel med den foregående formel er brugen af forskellige koefficienter for glidende friktion µk. Koefficienter µk er altid mindre end tilsvarende parametre for statisk friktion for det samme par gnidningsflader. I praksis kommer dette faktum til udtryk som følger: en gradvis stigning i den ydre kraft fører til en stigning i værdien af Ft1, indtil den når sin maksimale værdi. Efter det hunfalder kraftigt med flere tiere procent til værdien Ft2 og holdes konstant under kroppens bevægelse.
Koefficient µk afhænger af de samme faktorer som parameter µt for statisk friktion. Kraften af glidende friktion Ft2 afhænger praktisk t alt ikke af kroppens bevægelseshastighed. Kun ved høje hastigheder bliver det mærkbart at falde.
Vigtigheden af glidende friktion for menneskers liv kan ses i eksempler som skiløb eller skøjteløb. I disse tilfælde reduceres koefficienten µk ved at modificere gnidningsfladerne. Tværtimod sigter bestrøning af veje med s alt og sand mod at øge værdierne af koefficienterne µk og µt.
Rullende friktion
Dette er en af de vigtige typer friktion for, at moderne teknologi kan fungere. Det er til stede under rotation af lejer og bevægelse af hjulene på køretøjer. I modsætning til glide- og hvilefriktion skyldes rullefriktion deformation af hjulet under bevægelse. Denne deformation, som opstår i det elastiske område, spreder energi som et resultat af hysterese, der viser sig som en friktionskraft under bevægelse.
Beregning af den maksimale rullefriktionskraft udføres i henhold til formlen:
Ft3=d/RN
Det vil sige, kraften Ft3, som kræfterne Ft1 og Ft2, er direkte proportional med reaktionen af bæreren. Det afhænger dog også af hårdheden af materialerne i kontakt og hjulradius R. Værdiend kaldes rullemodstandskoefficienten. I modsætning til koefficienterne µk og µt, har d dimensionen længde.
Som regel viser det dimensionsløse forhold d/R sig at være 1-2 størrelsesordener mindre end værdien µk. Det betyder, at kroppens bevægelse ved hjælp af rulning er meget mere energisk gunstig end ved hjælp af glidning. Derfor bruges rullefriktion i alle gnidningsoverflader på mekanismer og maskiner.
Friktionsvinkel
Alle tre typer friktionsmanifestationer beskrevet ovenfor er karakteriseret ved en vis friktionskraft Ft, som er direkte proportional med N. Begge kræfter er rettet i rette vinkler i forhold til hinanden. Vinklen som deres vektorsum danner med normalen til overfladen kaldes friktionsvinklen. For at forstå dens betydning, lad os bruge denne definition og skrive den i matematisk form, vi får:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Tangensen til friktionsvinklen θ er således lig med friktionskoefficienten k for en given krafttype. Det betyder, at jo større vinklen θ, jo større er selve friktionskraften.
Friktion i væsker og gasser
Når et fast legeme bevæger sig i et gasformigt eller flydende medium, kolliderer det konstant med partikler af dette medium. Disse kollisioner, ledsaget af et tab af hastighed i det stive legeme, er årsagen til friktion i flydende stoffer.
Denne type friktion er meget afhængig af hastigheden. Så ved relativt lave hastigheder, friktionskraftenviser sig at være direkte proportional med bevægelseshastigheden v, mens vi ved høje hastigheder taler om proportionalitet v2.
Der er mange eksempler på denne friktion, lige fra bevægelser af både og skibe til flyvning af fly.
