Friktion er et fænomen, som vi møder i hverdagen hele tiden. Det er umuligt at afgøre, om friktion er skadelig eller gavnlig. At tage selv et skridt på glat is synes at være en vanskelig opgave; at gå på en ru asf alt overflade er en fornøjelse. Bildele uden smøring slides meget hurtigere.
Undersøgelsen af friktion, viden om dens grundlæggende egenskaber gør det muligt for en person at bruge det.
Friktionens kraft i fysik
Den kraft, der opstår ved bevægelse eller forsøg på bevægelse af et legeme på overfladen af et andet, rettet mod bevægelsesretningen, påført legemer i bevægelse, kaldes friktionskraften. Friktionskraftmodulet, hvis formel afhænger af mange parametre, varierer afhængigt af typen af modstand.
Der skelnes mellem følgende typer friktion:
• hvile;
• slip;
• rullende.
Ethvert forsøg på at flytte en tung genstand (skab, sten) fra dens plads fører til spænding af en persons styrke. Samtidig er det ikke altid muligt at sætte genstanden i gang. Friktionen af hvile forstyrrer dette.
Hviletilstand
Beregningsformel for statisk friktionskraftikke tillader os at bestemme det nøjagtigt nok. I kraft af Newtons tredje lov afhænger størrelsen af den statiske modstandskraft af den påførte kraft.
Når kraften øges, øges friktionskraften også.
0 < Frest trouble < Fmax
Hvilefriktion forhindrer søm, der er slået ind i træ, i at falde ud; knapper syet med tråd holdes godt fast. Interessant nok er det modstanden af hvile, der tillader en person at gå. Desuden er den rettet i retning af menneskelig bevægelse, hvilket er i modstrid med tingenes generelle tilstand.
Glidende fænomen
Når den ydre kraft, der bevæger kroppen, stiger til værdien af den største statiske friktionskraft, begynder den at bevæge sig. Kraften af glidende friktion betragtes i processen med at glide en krop over overfladen af en anden. Dens værdi afhænger af egenskaberne af de interagerende overflader og kraften af den lodrette handling på overfladen.
Beregningsformel for kraften af glidende friktion: F=ΜP, hvor Μ er proportionalitetskoefficienten (glidefriktion), P er kraften af lodret (norm alt) tryk.
En af drivkræfterne er den glidende friktionskraft, hvis formel er skrevet ved hjælp af støttens reaktionskraft. På grund af opfyldelsen af Newtons tredje lov er kræfterne ved norm alt tryk og støttens reaktion ens i størrelse og modsat retning: Р=N.
Før du finder friktionskraften, hvis formel har en anden form (F=M N), skal du bestemme reaktionskraften.
Glidemodstandskoefficienten introduceres eksperimentelt for to gnideoverflader, afhænger af kvaliteten af deres bearbejdning og materiale.
Bord. Værdien af modstandskoefficienten for forskellige overflader
| pp | Interagerende overflader | Værdi af glidende friktionskoefficient |
| 1 | Stål+is | 0, 027 |
| 2 | Oak+oak | 0, 54 |
| 3 | Læder+støbejern | 0, 28 |
| 4 | Bronze+jern | 0, 19 |
| 5 | Bronze+støbejern | 0, 16 |
| 6 | Stål+stål | 0, 15 |
Den største kraft af statisk friktion, hvis formel er skrevet ovenfor, kan bestemmes på samme måde som kraften ved glidende friktion.
Dette bliver vigtigt, når man løser problemer for at bestemme styrken af køremodstanden. For eksempel glider en bog, som bevæges af en hånd presset fra oven, under påvirkning af hvilemodstandskraften, der opstår mellem hånden og bogen. Mængden af modstand afhænger af værdien af den vertikale trykkraft på bogen.
Rullende fænomen
Vores forfædres overgang fra slæb til stridsvogne betragtes som revolutionær. Opfindelsen af hjulet er menneskehedens største opfindelse. Den rullefriktion, der opstår, når et hjul bevæger sig over en overflade, er væsentligt ringere end glidemodstanden.
Fremkomsten af rullende friktionskræfter er forbundet med kræfterne fra norm alt hjultryk på overfladen, har en karakter, der adskiller det fra glidning. På grund af en lille deformation af hjulet opstår forskellige trykkræfter i midten af det dannede område og langs dets kanter. Denne forskel i kræfter bestemmer forekomsten af rullemodstand.
Beregningsformlen for den rullende friktionskraft tages norm alt på samme måde som glideprocessen. Forskellen ses kun i værdierne af modstandskoefficienten.
Mostandens natur
Når gnidningsfladernes ruhed ændres, ændres værdien af friktionskraften også. Ved høj forstørrelse ligner to overflader, der er i kontakt, bump med skarpe toppe. Når de er overlejret, er det de udragende dele af kroppen, der er i kontakt med hinanden. Det samlede kontaktareal er ubetydeligt. Når man flytter eller forsøger at flytte kroppe, skaber "toppene" modstand. Størrelsen af friktionskraften afhænger ikke af arealet af kontaktfladerne.
Det ser ud til, at to perfekt glatte overflader absolut ikke burde opleve nogen modstand. I praksis er friktionskraften i dette tilfælde maksimal. Denne uoverensstemmelse forklares af arten af kræfternes oprindelse. Disse er elektromagnetiske kræfter, der virker mellem atomerne i vekselvirkende legemer.
Mekaniske processer, der ikke er ledsaget af friktion i naturen, er umulige, fordi evnen til at "slukke"der er ingen elektrisk vekselvirkning mellem ladede legemer. Modstandskræfternes uafhængighed af kroppens indbyrdes position giver os mulighed for at kalde dem ikke-potentielle.
Det er interessant, at friktionskraften, hvis formel ændres afhængigt af hastigheden af de interagerende legemer, er proportional med kvadratet af den tilsvarende hastighed. Denne kraft inkluderer kraften af viskøs modstand i en væske.
Bevægelse i væske og gas
Bevægelsen af et fast legeme i en væske eller gas, væske nær en fast overflade, er ledsaget af viskøs modstand. Dens forekomst er forbundet med samspillet mellem flydende lag, der er medtaget af et fast legeme i bevægelsesprocessen. Forskellige laghastigheder er en kilde til viskøs friktion. Det særlige ved dette fænomen er fraværet af flydende statisk friktion. Uanset størrelsen af den ydre påvirkning begynder kroppen at bevæge sig, mens den er i væsken.
Afhængig af bevægelseshastigheden bestemmes modstandskraften af bevægelseshastigheden, formen på det bevægelige legeme og væskens viskositet. Bevægelse i vand og olie af samme krop er ledsaget af modstand af forskellig storhed.
For lave hastigheder: F=kv, hvor k er proportionalitetsfaktoren afhængig af kroppens lineære dimensioner og mediets egenskaber, v er kroppens hastighed.
Væskens temperatur påvirker også friktionen i den. I frostvejr varmes bilen op, så olien varmes op (dens viskositet falder) og hjælper med at reducere ødelæggelsen af motordelene i kontakt.
Flyt hurtigere
Væsentlig stigning i kroppens hastighed kan forårsage forekomsten af turbulente strømme, mens modstanden øges dramatisk. Værdierne er: kvadratet på bevægelseshastigheden, mediets tæthed og kroppens overfladeareal. Friktionskraftformlen antager en anden form:
F=kv2, hvor k er proportionalitetsfaktoren afhængig af kroppens form og mediets egenskaber, v er kroppens hastighed.
Hvis kroppen er strømlinet, kan turbulens reduceres. Kropsformen af delfiner og hvaler er et perfekt eksempel på de naturlove, der påvirker dyrenes hastighed.
Energitilgang
At udføre arbejdet med at bevæge kroppen er hindret af omgivelsernes modstand. Når man bruger loven om energibevarelse, siger de, at ændringen i mekanisk energi er lig med friktionskræfternes arbejde.
Kraftarbejdet beregnes ved formlen: A=Fscosα, hvor F er den kraft, hvorunder kroppen bevæger sig en afstand s, α er vinklen mellem kraftretningerne og forskydningen.
Det er klart, at modstandskraften er modsat kroppens bevægelse, hvorfra cosα=-1. Friktionskraftens arbejde, hvis formel er Atr=- Fs, værdien er negativ. I dette tilfælde omdannes mekanisk energi til intern energi (deformation, opvarmning).
