Friktionens kraft er en fysisk størrelse, der forhindrer enhver bevægelse af kroppen. Det opstår som regel, når legemer bevæger sig i fast, flydende og gasformigt stof. Forskellige typer friktionskræfter spiller en vigtig rolle i menneskers liv, da de forhindrer en overdreven stigning i kroppens hastighed.
Klassificering af friktionskræfter
I det generelle tilfælde er alle typer friktionskræfter beskrevet af tre typer: friktionskraften ved glidning, rulning og hvile. Den første er statisk, de to andre er dynamiske. Friktion i hvile forhindrer kroppen i at begynde at bevæge sig, og når den glider, opstår der friktion, når kroppen gnider mod overfladen af en anden krop under dens bevægelse. Rullende friktion opstår, når en rund genstand bevæger sig. Lad os tage et eksempel. Et slående eksempel på typen (rullende friktionskraft) er bevægelsen af bilhjul på asf alt.
Karten af friktionskræfter er eksistensen af mikroskopiske ufuldkommenheder mellem gnidningsoverfladerne på to kroppe. Af denne grund virker den resulterende kraften genstand, der bevæger sig eller begynder at bevæge sig, består af summen af kraften af normalreaktionen af understøtningen N, som er rettet vinkelret på overfladen af de kontaktlegemer, og af friktionskraften F. Sidstnævnte er rettet parallelt med kontaktflade og er modsat kroppens bevægelse.
Friktion mellem to faste stoffer
Når man overvejer spørgsmålet om forskellige typer friktionskræfter, blev følgende mønstre observeret for to faste legemer:
- Friktionskraften er rettet parallelt med støttefladen.
- Friktionskoefficienten afhænger af arten af de kontaktflader, såvel som af deres tilstand.
- Maksimal friktionskraft er i direkte proportion med normalkraften eller støttereaktionen, der virker mellem kontaktfladerne.
- For de samme kroppe er friktionskraften større, før kroppen begynder at bevæge sig og falder derefter, når kroppen begynder at bevæge sig.
- Friktionskoefficienten afhænger ikke af kontaktområdet, og den afhænger praktisk t alt ikke af glidehastigheden.
love
Ved at opsummere det eksperimentelle materiale om bevægelseslovene har vi etableret følgende grundlæggende love vedrørende friktion:
- Modstanden mod at glide mellem to legemer er proportional med den normale kraft, der virker mellem dem.
- Modstand mod bevægelse mellem gnidningslegemer afhænger ikke af kontaktområdet mellem dem.
For at demonstrere den anden lov kan vi give følgende eksempel: Hvis du tager en blok og flytter den ved at glide på overfladen, så er den nødvendige kraft til en sådan bevægelsevil være det samme, når blokken ligger på overfladen med sin lange side, og når den står med sin ende.
Lovene vedrørende forskellige typer friktionskræfter i fysik blev opdaget i slutningen af det 15. århundrede af Leonard da Vinci. Så blev de glemt i lang tid, og først i 1699 blev de genopdaget af den franske ingeniør Amonton. Siden da har friktionslovene båret hans navn.
Hvorfor er friktionskraften større end ved at glide i hvile?
Når man overvejer flere typer friktionskræfter (hvile og glidning), skal det bemærkes, at den statiske friktionskraft altid er mindre end eller lig med produktet af den statiske friktionskoefficient og støttens reaktionskraft. Friktionskoefficienten bestemmes eksperimentelt for disse gnidningsmaterialer og indtastes i de relevante tabeller.
Dynamisk kraft beregnes på samme måde som statisk kraft. Kun i dette tilfælde bruges friktionskoefficienten specifikt til glidning. Friktionskoefficienten er norm alt angivet med det græske bogstav Μ (mu). Den generelle formel for begge friktionskræfter er således: Ftr=ΜN, hvor N er støttereaktionskraften.
Karten af forskellen mellem disse typer friktionskræfter er ikke blevet præcist fastlagt. De fleste videnskabsmænd mener dog, at den statiske friktionskraft er større end ved glidning, fordi når kroppene er i hvile i forhold til hinanden i nogen tid, kan der dannes ionbindinger eller mikrofusioner af individuelle punkter på overfladerne mellem deres overflader. Disse faktorer forårsager en stigning i statisk elektricitetindikator.
Et eksempel på flere typer friktionskraft og deres manifestation er stemplet i cylinderen på en bilmotor, som "loddes" til cylinderen, hvis motoren ikke kører i længere tid.
Horizontal glidende krop
Lad os få bevægelsesligningen for et legeme, der under påvirkning af en ekstern kraft Fin begynder at bevæge sig langs overfladen ved at glide. I dette tilfælde virker følgende kræfter på kroppen:
- Fv – ekstern kraft;
- Ftr – friktionskraft, der er modsat i retning af kraften Fv;
- N er støttens reaktionskraft, som i absolut værdi er lig med vægten af kroppen P og er rettet mod overfladen, det vil sige i en ret vinkel på den.
Under hensyntagen til retningerne af alle kræfter, skriver vi Newtons anden lov for dette tilfælde af bevægelse: Fv - Ftr=ma, hvor m - kropsmasse, a - acceleration af bevægelse. Når vi ved, at Ftr=ΜN, N=P=mg, hvor g er accelerationen for frit fald, får vi: Fv – Μmg=ma. Hvorfra, ved at udtrykke den acceleration, som det glidende legeme bevæger sig med, får vi: a=F i / m – Μg.
Bevægelse af en stiv krop i en væske
Når man overvejer, hvilke typer friktionskræfter der findes, bør man nævne et vigtigt fænomen i fysikken, som er beskrivelsen af, hvordan et fast legeme bevæger sig i en væske. I dette tilfælde taler vi om aerodynamisk friktion, som bestemmes afhængigt af kroppens hastighed i væsken. Der er to typer bevægelser:
- Hvornåren stiv krop bevæger sig med lav hastighed, man taler om laminar bevægelse. Friktionskraften i laminær bevægelse er proportional med hastigheden. Et eksempel er Stokes' lov for sfæriske legemer.
- Når en krops bevægelse i en væske sker med en højere hastighed end en vis tærskelværdi, begynder hvirvler fra væskestrømme at dukke op rundt i kroppen. Disse hvirvler skaber en ekstra kraft, der hæmmer bevægelse, og som et resultat er friktionskraften proportional med kvadratet på hastigheden.
Karten af den rullende friktionskraft
Når man taler om typerne af friktionskræfter, er det sædvanligt at kalde den rullende friktionskraft den tredje type. Det viser sig, når et legeme ruller hen over en bestemt overflade og deformation af denne krop og selve overfladen opstår. Det vil sige, i tilfælde af en absolut ikke-deformerbar krop og overflade, er der ingen mening i at tale om kraften af rullende friktion. Lad os se nærmere.
Konceptet med rullefriktionskoefficient svarer til konceptet for glidning. Da der ikke er nogen glidning mellem overfladerne af legemer under rulning, er rullefriktionskoefficienten meget mindre end for glidning.
Den vigtigste faktor, der påvirker koefficienten, er hysteresen af mekanisk energi for typen af rullende friktionskraft. Især hjulet, afhængigt af det materiale, det er lavet af, såvel som af den belastning, det bærer, deformeres elastisk under bevægelse. Gentagne cyklusser af elastisk deformation fører til overførsel af en del af den mekaniske energi til termisk energi. Derudover pgabeskadigelse, kontakten mellem hjulet og overfladen har allerede en begrænset kontaktflade.
formel for rullende friktionskraft
Hvis vi anvender udtrykket for kraftmomentet, der roterer hjulet, så kan vi få, at den rullende friktionskraft er Ftr.k.=Μ k N / R, her er N reaktionen af støtten, R er radius af hjulet, Μк – rullende friktionskoefficient. Dermed er den rullende friktionskraft omvendt proportional med radius, hvilket forklarer fordelen ved store hjul frem for små.
Den omvendte proportionalitet mellem denne kraft og hjulets radius antyder, at i tilfælde af to hjul med forskellige radier, der har samme masse og er lavet af samme materiale, er hjulet med den større radius lettere at rage.
Rulningsforhold
I overensstemmelse med formlen for denne type friktionskraft opnår vi, at rullefriktionskoefficienten Μk har længden. Det afhænger hovedsageligt af arten af kontaktorganerne. Værdien, som er bestemt af forholdet mellem rullefriktionskoefficienten og radius, kaldes rullekoefficienten, dvs. Ck=Μk / R er en dimensionsløs mængde.
Rulningskoefficienten Ck er væsentligt mindre end glidefriktionskoefficienten Μtr. Når vi besvarer spørgsmålet om, hvilken type friktionskraft der er den mindste, kan vi derfor roligt kalde den rullende friktionskraft. Takket være denne kendsgerning betragtes opfindelsen af hjulet som et vigtigt skridt i det teknologiske fremskridt.menneskeheden.
Rulningsforholdet er systemspecifikt og afhænger af følgende faktorer:
- hårdheden af hjulet og overfladen (jo mindre deformation af legemer, der opstår under bevægelse, jo lavere er rullekoefficienten);
- hjulradius;
- vægt der virker på hjulet;
- kontaktoverfladeareal og dets form;
- viskositet i kontaktområdet mellem hjulet og overfladen;
- kropstemperatur
