Kutatómunka „A súrlódási erő és előnyös tulajdonságai. Súrlódás A súrlódási erők fajtái Mitől függ a súrlódási erő? Súrlódás a mechanizmusokban és gépekben Érdekes tények

Ha hirtelen el akarsz mozgatni egy nehéz tárgyat, nyilvánvalóvá válik, hogy valami akadályozza. A súrlódási erő megzavarja a mozgást. Minden lépésnél súrlódásokkal találkozunk. A szó szó szerinti értelmében. Pontosabban egy lépést sem tehetünk súrlódás nélkül, hiszen a súrlódási erők a felszínen tartják a lábunkat.

A súrlódás számos ok következménye, de két fő az. Először is, a testek felületei egyenetlenek, és az egyik felület egyenetlen élei egy másik felület érdességéhez tapadnak. Ez az úgynevezett geometriai súrlódás. Másodszor, a súrlódó testek nagyon szorosan érintkeznek egymással, mozgásukat a molekulák kölcsönhatása (molekuláris súrlódás) befolyásolja.

Háromféle súrlódás létezik: statikus súrlódás, csúszósúrlódás és gördülési súrlódás.

Statikus súrlódási erő - olyan erő, amely két érintkező test között keletkezik, és megakadályozza a relatív mozgás létrejöttét. Ezt az erőt le kell győzni ahhoz, hogy két egymással érintkező testet mozgásba hozzunk egymáshoz képest.

Csúszó súrlódási erő - az egymással érintkező testek között relatív mozgásuk során fellépő erő.

Gördülési súrlódási erő - nevezzük azt az ellenállást, amely akkor lép fel, amikor az egyik test átgurul egy másik felületén.

Nyilvánvaló, hogy minden jelenségnek vannak előnyei és hátrányai. És hülyeség azt állítani, hogy például nincs szükség súrlódásra, mert az alkatrészek elhasználódnak. De hogyan mennénk?

Az alábbiakban megpróbálom leírni a fő előnyeit és hátrányait, bár előre tudom, hogy ezt nehéz megtenni.

1. Súrlódás nélkül kicsúsznának a kezünkből a tárgyak, a földön pedig nem tudnánk járni, csak csúszkálnánk (meg merem állítani, mint a csigák).
2. A súrlódás a fő, néha az egyetlen erő, amely megállíthatja a mozgó testet.
3. A súrlódás megakadályozza, hogy a szálak kiegyenesedjenek, és az anyag különálló szálakra essen szét.
4. Primitív módon tüzet szerezni.

1. A súrlódás olyan tényező, amely a rendszerre átadott energia egy részét (például rezgést) hővé alakítja át, amíg ez az energia el nem fogy. Például, amikor egy hinta leng, előbb-utóbb leáll, ha nem tesznek ellene semmit.
2. A statikus súrlódás a fő akadálya egy nehéz tárgy elmozdításának a helyéről.
3. A súrlódás a mechanizmusok alkatrészeinek és szerelvényeinek teljesítményének csökkenését, a felületek minőségének romlását, és ennek következtében a hatékonyság hirtelen csökkenését, egyes esetekben az alkatrészek és szerelvények vagy akár a teljes mechanizmus egészének meghibásodását okozza.

Tudom, hogy ez a felosztás pusztán mindennapos. Bármilyen pluszból mínusz, mínuszból pedig plusz. Biztosan állíthatom, hogy nem nélkülözhetjük a súrlódást. Mondhatjuk, hogy akadályoz bennünket, de ne felejtsük el, hányszor segített. Egyszerűen nem gondolunk rá. És valószínűleg megérné, bár ez filozófiai kérdés.

Ha úgy gondolja, hogy a lista hiányos, és szeretne kiegészíteni, kérjük, tegye meg javaslatait a megjegyzésekben.

Tudtad, hogy 1500-ban a zseniális Leonardo da Vincit nagyon érdekelte, hogy mitől függ és mit képvisel a súrlódási erő? Az általa végzett furcsa kísérletek jelentős meglepetést okoztak tanítványai körében, és mi mást is várhatnánk azoktól, akik látják, hogy egy tehetséges tudós kötelet vonszol a padlón, akár teljes hosszában letekerve, akár szorosan feltekerve. Ezek és más hasonló kísérletek lehetővé tették számára, hogy valamivel később (1519-ben) arra a következtetésre jutott: az egyik test felületével érintkező súrlódási erő közvetlenül függ a terheléstől (nyomáserő), nem függ a kölcsönhatási területtől. és a mozgási oldallal ellentétes irányba irányul.

A képlet megnyitása

180 év telt el, Leonardo modelljét G. Amonton fedezte fel újra, majd 1781-ben S. O. Coulomb adta meg munkáiban végső megfogalmazását. Ennek a két tudósnak az az érdeme, hogy bevezettek egy olyan fizikai állandót, mint a súrlódási együttható, ezáltal lehetővé téve egy képlet levezetését, amellyel kiszámítható, mekkora a súrlódási erő egy adott pár kölcsönhatásban lévő anyag esetében. Eddig ez a kifejezés

F t = k t x P, ahol

P a nyomóerő (terhelés), k t pedig a súrlódási együttható, amely évről évre vándorol a különböző fizika tankönyvekbe és kézikönyvekbe, és magukat az együtthatókat régóta számítják, és szabványos mérnöki kézikönyvekben is megtalálhatók. Úgy tűnik, hogy ez a jelenség végre teljesen világossá vált, de ez nem így volt.

Új árnyalatok

A 19. században a tudósok meggyőződtek arról, hogy az Amonton és Coulomb által javasolt megfogalmazás nem univerzális és abszolút helyes, és a súrlódási erő nemcsak az együtthatóktól és az alkalmazott terheléstől függ. Ezen kívül van egy harmadik tényező - a felületkezelés minősége. Attól függően, hogy sima vagy érdes, a súrlódási erő más értéket vesz fel. Ez elvileg teljesen logikus: egy csúszó tárgy mozgatása sokkal könnyebb, mint egy egyenetlen felületű tárgy mozgatása. A 19. század végén pedig új eredmények jelentek meg a viszkozitás vizsgálatában, és világossá vált, hogyan hat a súrlódási erő folyadékokban. És bár a dörzsölő felületek kenését már a technika kezdete óta alkalmazták, csak 1886-ban, O. Reynoldsnak köszönhetően jelent meg a kenésnek szentelt koherens elmélet.
Tehát, ha van belőle elég, és nincs közvetlen érintkezés két objektum között, akkor a súrlódási erő csak a hidrodinamikától függ. És ha nincs elég kenőanyag, akkor mindhárom mechanizmus aktiválódik: a Coulomb-erő, a viszkózus ellenállási erő és az az erő, amely megakadályozza az elmozdulást. Ön szerint ez az elmélet véget vetett e jelenség tanulmányozásának? Így van, nem. A huszadik század küszöbén kiderült, hogy alacsony fordulatszámon, kenés hiányában csíkhatás lép fel. Lényege, hogy kenés hiányában az ellenállási erő nem azonnal csökken az indítóerőről a coulomb-erő szintjére, hanem a fordulatszám növekedésével fokozatosan csökken. A huszadik században a további kutatások ezen a területen annyi új információt hoztak, hogy azokat valahogy rendszerezni kellett. Ennek eredményeként egy egész tudomány jelent meg - a tribológia, amely azt vizsgálja, hogyan hat a súrlódási erő a természetben. Csak az USA-ban az e területen dolgozó tudósok száma meghaladta az ezret, és évente több mint 700 cikk jelenik meg a témában világszerte. Kíváncsi vagyok, milyen érdekes dolgokat fedezhetnek még fel a tudósok? Várj és láss!

Nem megy - csak megy,

Mert jeges

De remekül esik!

Miért nem boldog senki?

Első ránézésre ilyen naiv mondóka - de mennyi mindent tartalmaz, ha fizikai oldalról nézzük! Hiszen éppen ebben van benne a hírhedt súrlódási erővel szembeni ellentmondásos attitűdök rendszere. Ennek az állandó harcnak, ahol két fogalom verseng egymással – a súrlódás kára és haszna – soha nem lesz győztes. Hiszen ami az egyik embernek kényelmes és előnyös, az a másiknak gyakran éppen az ellenkezője – rossz, mint ebben a versben.

Emlékszel Nyikolaj Nosov történetére a jégcsúszdáról, amit a srácok építettek az udvaron? És amikor mindannyian elmentek ebédelni, kijött az, aki nem vett részt az építkezésben. Megpróbált felmászni rá, de csak magának sérült meg, de nem tudott felmászni. És a gyerek kitalálta, hogy homokot szórjon a jégre - nagyon kényelmessé vált a legtetejére mászni, még jégen is! Így azáltal, hogy homokkal erősítette meg a csúszós jég és a talp közötti teret, a fiú rájött, hogy a súrlódás előnyei lehetővé teszik az akadályok leküzdését.

De ebéd után a gyerekek jégkockákkal jöttek ki, hogy a csúszdájukon ropogassanak. De ez nem így van: a szánok nem futnak homokon! Számukra ez a helyzet a másik irányba fordult, megmutatva a súrlódások ártalmát.

Télen is láthatunk hasonló eseteket, amikor a fiúk jégutakat gördítenek ki és futnak végig rajtuk, percek alatt teljesítve a távot! Mögöttük pedig idős emberek kapálóznak, megcsúsznak a hóporos lejtőkön, és elesnek, eltörve karjukat és lábukat. Íme ismét olyan egyértelmű példák, ahol ugyanabban az esetben a súrlódási erő kára és haszna egyaránt fennáll.

A súrlódás csökkentése érdekében a síelők speciális kenőcsökkel kenik be a sílécet, hogy növeljék a mozgási sebességet. A gyorskorcsolyázók vagy műkorcsolyázók által használt pályákat rendszeresen öntözik és tisztítják, a súrlódás csökkentése érdekében is. Éppen ellenkezőleg, a gyalogos utakat homokkal vagy hamuval szórják meg, hogy senki ne essen rájuk. Egyes feltalálók és újítók még azzal az ötlettel is előálltak, hogy csiszolópapírt ragasszanak a téli csizmák és csizmák talpára, csak hogy növeljék a súrlódási erőt.

Ugyanez történik az autó kerekeivel is. Nem titok, hogy a tél beálltával a sofőrök speciális "téli gumikkal" „cipelik” vaslovaikat. Ellenkező esetben hasznos súrlódási erő nélkül az autó kanyarodáskor megcsúszik, megcsúszik, és gyakran a vezető rosszul irányít. És mindenki maga tudja, hogyan végződnek a balesetek.

Mindannyian a télről, a jégről és az esésről beszélünk. Vannak-e olyan pillanatok a mindennapi életben, amikor jól látható, hogy a súrlódás kára és haszna hogyan versenyez egymással? Természetesen van! Mindenhol ott vannak. Még a szobánkban is veled.

Itt van például egy hatalmas és nehéz gardrób. A helyére gyökerezve áll, és nem mozdul. És ha a súrlódási erő hirtelen megszűnne, akkor mi történhet? És ez a hatalmas dolog a legkisebb lökésre is körbe-körbe mozogna a szobában! És kiderül, hogy időben ki tudtuk volna kerülni. Jó súrlódási erő, hasznos!

De anyám úgy döntött, hogy átrendezi a bútorokat. És át kell helyeznie ezt a hírhedt szekrényt egy másik falba. Egy, kettő, vedd el! Három-négy, szigoríts! Csak minden haszontalannak bizonyul: minél nehezebb a tárgy, annál erősebb a súrlódási erő rajta. Szörnyű, csúnya erő!

Ismét versenyeznek egymással - a súrlódás kára és haszna. Nincs szükség semmiféle versenyre! Csak jól kell ismernie a fizikai törvényeket, és gyakorlati hasznot tud húzni ebből az ismeretből. Jelenleg nem szükséges Ez azt jelenti, hogy csökkenteni kell: simábbá és csúszósabbá kell tenni az érintkező felületeket. Ehhez egyesek azt tanácsolják, hogy szappant vagy olajat kenjenek a padlóra, míg mások nedves rongyot helyeznek egy nehéz tárgy lába alá. És most - egy vagy kettő - és kész! Ezt a kolosszust elég könnyen elmozdították a helyéről.

A súrlódási erő folyamatosan elkísér életünk során, ahogy valahol kényelmetlenséget is okoz számunkra, valahol pedig nem nélkülözhetjük. De bárhogy is legyen, létezik, és a mi feladatunk az, hogy megtanuljuk használni a fizikai törvényeket, hogy életünk kényelmesebbé és kényelmesebbé váljon.

A minket körülvevő világban számos fizikai jelenség található: mennydörgés és villámlás, eső és jégeső, elektromos áram, súrlódás... Mai jelentésünket a súrlódásnak szenteljük. Miért keletkezik súrlódás, mire hat, mitől függ a súrlódási erő? És végül, a súrlódás barát vagy ellenség?

Mi az a súrlódási erő?

Egy kis felfutás után végigrohanhat a jeges úton. De próbáld meg normál aszfalton. Azonban nem érdemes próbálkozni. Semmi sem fog sikerülni. A kudarc felelőse egy nagyon nagy súrlódási erő lesz. Ugyanezen okból nehéz mozgatni egy hatalmas asztalt vagy mondjuk egy zongorát.

Két test érintkezési pontján mindig kölcsönhatás lép fel, amely megakadályozza az egyik test mozgását a másik felületén. Súrlódásnak hívják. És ennek a kölcsönhatásnak a nagysága a súrlódási erő.

A súrlódási erők fajtái

Képzeljük el, hogy egy nehéz szekrényt kell mozgatnia. Az erőd nyilvánvalóan nem elég. Növeljük a „nyíró” erőt. Ugyanakkor a súrlódási erő növekszik béke.És a szekrény mozgásával ellentétes irányba van irányítva. Végül a „nyíró” erő „győz”, és a szekrény eltávolodik. Most a súrlódási erő magához tér csúszás. De ez kisebb, mint a statikus súrlódási erő, és a szekrény tovább mozgatása sokkal könnyebb.

Természetesen meg kellett nézni, ahogy 2-3 ember elgurul egy nehéz autóval, hirtelen leállt motorral. Az autót tolók nem erősemberek, a súrlódási erő csak az autó kerekeire hat gördülő. Ez a fajta súrlódás akkor lép fel, amikor az egyik test egy másik felületére gördül. Egy labda, egy kerek vagy csiszolt ceruza, egy vonat kerekei stb. gurulhatnak. Ez a fajta súrlódás sokkal kisebb, mint a csúszó súrlódási erő. Ezért nagyon könnyű mozgatni a nehéz bútorokat, ha kerekekkel vannak felszerelve.

De ebben az esetben a súrlódási erő a test mozgása ellen irányul, ezért csökkenti a test sebességét. Ha nem lenne „káros természete”, ha biciklivel vagy görkorcsolyával gyorsított volna, a végtelenségig élvezhetné az utazást. Ugyanezen okból kifolyólag egy leállított motorral rendelkező autó egy ideig tehetetlenségi erővel mozog, majd megáll.

Tehát ne feledje, háromféle súrlódási erő létezik:

• csúszósúrlódás;
• gördülési súrlódás;
• statikus súrlódás.

A sebesség változásának sebességét gyorsulásnak nevezzük. De mivel a súrlódási erő lelassítja a mozgást, ennek a gyorsulásnak mínusz előjele lesz. Helyes lenne azt mondani A súrlódás hatására a test lassulva mozog.

Mi a súrlódás természete

Ha egy csiszolt asztal vagy jég sima felületét nagyítón keresztül vizsgáljuk, apró érdességeket láthatunk, amelyekhez a felületén csúszó vagy gördülő test tapad. Hiszen az ezeken a felületeken mozgó testnek is vannak hasonló kiemelkedései.

Az érintkezési pontokon a molekulák olyan közel kerülnek egymáshoz, hogy vonzzák egymást. De a test tovább mozog, az atomok távolodnak egymástól, a köztük lévő kötések megszakadnak. Ez a vonzástól megszabadult atomokat rezgésbe hozza. Körülbelül úgy, ahogy a feszültségtől megszabadult rugó oszcillál. A molekulák ezen rezgését melegedésként érzékeljük. Ezért a súrlódás mindig együtt jár az érintkező felületek hőmérsékletének növekedésével.

Ez azt jelenti, hogy a jelenségnek két oka van:

• szabálytalanságok az érintkező testek felületén;
• intermolekuláris vonzási erők.

Mitől függ a súrlódási erő?

Bizonyára Ön is észrevette a szán hirtelen fékezését, amikor homokos területre csúszik. És még egy érdekes megfigyelés: ha egy ember van a szánon, akkor egy irányba mennek le a dombról. És ha két barát összecsúszik, a szán gyorsabban megáll. Ezért a súrlódási erő:

• az érintkező felületek anyagától függ;
• emellett a súrlódás a testtömeg növekedésével nő;
• a mozgással ellentétes irányba hat.

A fizika csodálatos tudománya azért is jó, mert számos függőséget nemcsak szavakkal, hanem speciális jelek (képletek) formájában is ki lehet fejezni. A súrlódási erő tekintetében ez így néz ki:

Ftr = kN Ahol:

Ftr - súrlódási erő.

k - súrlódási együttható, amely a súrlódási erő anyagtól való függőségét és a feldolgozás tisztaságát tükrözi. Tegyük fel, hogy ha fém gördül fémen, k=0,18, ha jégen korcsolyázunk, k=0,02 (a súrlódási tényező mindig kisebb egynél);

N a támaszra ható erő. Ha a test vízszintes felületen van, ez az erő egyenlő a test súlyával. A ferde síknál kisebb súlyú, és a dőlésszögtől függ. Minél meredekebb a csúszda, annál könnyebben csúszik le, és annál tovább tud közlekedni.

És a szekrény statikus súrlódási erejét ezzel a képlettel kiszámítva megtudjuk, milyen erőt kell kifejteni ahhoz, hogy elmozdítsa a helyéről.

A súrlódási erő munkája

Ha egy testre olyan erő hat, amelynek hatása alatt a test mozog, akkor a munka mindig megtörténik. A súrlódási erő munkájának megvannak a maga sajátosságai: végül is nem okoz mozgást, hanem megakadályozza azt. Ezért az általa végzett munka az mindig negatív lesz, pl. mínusz jellel, függetlenül attól, hogy a test milyen irányban mozog.

A súrlódás barát vagy ellenség?

A súrlódási erők mindenhová elkísérnek bennünket, kézzelfogható károkat és... óriási hasznot hozva. Képzeljük el, hogy a súrlódás megszűnt. A megdöbbent szemlélő azt látná, hogyan dőlnek össze a hegyek, hogyan tépik ki maguktól a fákat a földből, a hurrikán szelek és a tenger hullámai végtelenül uralják a földet. Valahol minden test lecsúszik, a szállítóeszköz külön részekre esik szét, mivel a csavarok súrlódás nélkül nem töltik be szerepüket, egy láthatatlan szörnyeteg kioldotta volna az összes csipkét és csomót, a súrlódási erők által nem tartott bútorok becsúszott a szoba legalsó sarkába.

Próbáljunk meg menekülni, menekülni ebből a káoszból, de súrlódások nélkül Egy lépést sem fogunk tudni megtenni. Hiszen a súrlódás az, ami segít abban, hogy séta közben kilökjünk a talajtól. Most már világos, hogy a csúszós utakat miért borítja homok télen...

Ugyanakkor a súrlódás néha jelentős károkat okoz. Az emberek megtanulták csökkenteni és növelni a súrlódást, amiből óriási előnyök származnak. Például a kerekeket nehéz terhek vontatására találták ki, a csúszósúrlódást gördüléssel helyettesítve, ami lényegesen kisebb, mint a csúszósúrlódás.

Mert egy gördülő testnek nem kell sok apró felületi egyenetlenséget elkapnia, mint amikor a testek csúsznak. Ezután a kerekeket mély mintázatú abroncsokkal (futófelülettel) szerelték fel.

Észrevetted, hogy az összes gumi gumi és fekete?

Kiderült, hogy a gumi jól tartja a kerekeket az úton, a gumihoz adott szén pedig fekete színt és a szükséges merevséget, szilárdságot ad neki. Ezen kívül közúti balesetek esetén lehetővé teszi a féktávolság mérését. Végül is fékezéskor az abroncsok tiszta fekete nyomot hagynak.

Ha szükséges, csökkentse a súrlódást, használjon kenőolajokat és száraz grafit kenőanyagot. Figyelemre méltó találmány volt a különböző típusú golyóscsapágyak létrehozása. Sokféle mechanizmusban használják őket, a kerékpároktól a legújabb repülőgépekig.

Van-e súrlódás a folyadékokban?

Amikor egy test áll a vízben, nem lép fel súrlódás a vízzel. De amint mozogni kezd, súrlódás keletkezik, pl. A víz ellenáll a benne lévő testek mozgásának.

Ez azt jelenti, hogy a part súrlódást okozva „lelassítja” a vizet. És mivel a víz súrlódása a parton csökkenti a sebességét, nem szabad a folyó közepébe úszni, mert ott sokkal erősebb az áramlás. A halak és tengeri állatok úgy vannak kialakítva, hogy testük súrlódása a vízhez képest minimális legyen.

A tervezők ugyanazt az egyszerűsítést adják a tengeralattjáróknak.

További természeti jelenségekkel való ismerkedésünk folytatódik. Viszontlátásra, barátaim!

Ha ez az üzenet hasznos volt számodra, szívesen látlak

A tudomány

Európai tudósok modern magyarázatot adtak a szilárd tárgyak közötti csúszósúrlódás eredetére. Annak ellenére, hogy a súrlódás a modern alkalmazott fizika egyik alapvető jelensége, Ennek a jelenségnek a tanulmányozása évszázadok óta nem szűnt meg.. A mai napig úgy tartották, hogy a mechanikai kopásállóság és a folyékony kenés jelenléte (vagy hiánya) a súrlódást befolyásoló fő tényezők közé tartozik, de a csúszósúrlódás alapvető okai ismeretlenek maradtak.

Dr. Lacey Makkonen, a finn Műszaki Kutatóközpont vezető kutatója bemutatta saját magyarázatát a szilárd tárgyak közötti csúszósúrlódás eredetére. Elmélete teljes mértékben megerősíti a tényt hogy a súrlódás nagysága a szóban forgó anyagok úgynevezett felületi energiájától is függ. Sőt, a súrlódás számos olyan jelenségre is jelentős hatással van, amelyekkel minden alkalommal találkozunk (mint például az energiaelnyelés).

Makkonen új termodinamikai modellje a maga nemében az első, amely az anyagok felületi energiájának figyelembevételével számszerűsíti az anyagok súrlódási együtthatóját. A modell valójában ezt mutatja súrlódás akkor lép fel, amikor az anyagok nanoméretű szinten érintkeznek, ami az atomi szintű új kötések kialakulásából adódik. Ez az elmélet kiegészíti a súrlódási erő eredetének és a száraz súrlódás során fellépő súrlódási melegítésnek a magyarázatát. Használható a különböző anyagok kombinációinak súrlódási együtthatóinak pontosabb kiszámítására is.

A felépített modell a súrlódási folyamatok pontosabb szabályozását is lehetővé teszi egy adott anyagfelület kiválasztásával vagy kenőrétegek használatával, figyelembe véve a köztük lévő felületi energia jelenlétét. Figyelemre méltó, hogy ez az elmélet megerősíti sok fizikus véleményét, miszerint a jól ismert, különféle anyagokra (különösen a homogén anyagokra) bemutatott súrlódási együtthatókkal ellátott táblázatokban észrevehető pontatlanságok vannak.