Raziskovalno delo »Sila trenja in njene koristne lastnosti. Trenje Vrste tornih sil Od česa je odvisna sila trenja? Trenje v mehanizmih in strojih Zanimivosti

Če nenadoma želite premakniti težak predmet, bo postalo očitno, da vas nekaj ovira. Sila trenja bo motila gibanje. Na vsakem koraku se srečujemo s trenji. V dobesednem pomenu besede. Natančneje, brez trenja ne moremo narediti koraka, saj sile trenja držijo naše noge na površini.

Trenje je posledica številnih razlogov, glavna pa sta dva. Prvič, površine teles so neravne in nazobčani robovi ene površine se oprimejo hrapavosti druge. To je tako imenovano geometrijsko trenje. Drugič, drgna telesa so med seboj v zelo tesnem stiku, na njihovo gibanje pa vpliva medsebojno delovanje molekul (molekulsko trenje).

Obstajajo tri vrste trenja: statično trenje, drsno trenje in kotalno trenje.

Sila statičnega trenja - sila, ki nastane med dvema telesoma v stiku in prepreči nastanek relativnega gibanja. To silo je treba premagati, da se dve dotikajoči se telesi premakneta relativno drug proti drugemu.

Sila drsnega trenja - sila, ki nastane med telesi v stiku med njunim relativnim gibanjem.

Kotalna sila trenja - imenujemo upor, ki nastane, ko se eno telo kotali po površini drugega.

Očitno ima vsak pojav prednosti in slabosti. In neumno je reči, da na primer trenje ni potrebno, ker se deli obrabijo. Toda kako bi šli?

Spodaj bom poskušal napisati glavne prednosti in slabosti, čeprav vnaprej vem, da je to težko narediti.

Brez trenja bi nam predmeti polzeli iz rok, po tleh pa ne bi mogli hoditi, samo drsali bi (upam si reči, po polžje).
Trenje je glavna, včasih edina sila, ki lahko ustavi premikajoče se telo.
Trenje preprečuje, da bi se niti poravnale in tkanina razpadla na posamezne niti.
Pridobivanje ognja na primitiven način.

Trenje je dejavnik, ki del energije, posredovane sistemu (na primer vibracije), pretvori v toploto, dokler se ta energija ne porabi. Na primer, ko se gugalnica ziblje, se bo prej ali slej ustavila, če nanjo ne ukrepamo.
Statično trenje je glavna ovira pri premikanju težkega predmeta z mesta.
Trenje povzroči zmanjšanje učinkovitosti delov in sklopov mehanizmov, poslabšanje kakovosti površin in posledično močno zmanjšanje učinkovitosti, v nekaterih primerih odpoved delov in sklopov ali celo celotnega mehanizma kot celote.

Zavedam se, da je ta delitev čisto vsakdanja. Vsak plus lahko spremenimo v minus, minus pa v plus. Zagotovo lahko rečem, da brez trenj zagotovo ne gre. Lahko rečemo, da nas ovira, vendar ne pozabite, kolikokrat je pomagalo. Samo ne razmišljamo o tem. In verjetno bi bilo vredno, čeprav je to filozofsko vprašanje.

Če menite, da je seznam nepopoln in bi ga želeli dopolniti, navedite svoje predloge v komentarjih.

Ali ste vedeli, da je že leta 1500 briljantnega Leonarda da Vincija zelo zanimalo, od česa je odvisna sila trenja in kaj ta predstavlja? Nenavadni poskusi, ki jih je izvajal, so med njegovimi študenti povzročili precejšnje presenečenje in kaj drugega bi lahko pričakovali od ljudi, ki vidijo nadarjenega znanstvenika, kako po tleh vleče vrv, bodisi odvito do vse dolžine bodisi na tesno zvito. Ti in drugi podobni poskusi so mu omogočili malo kasneje (leta 1519), da zaključi: sila trenja, ki se pojavi, ko eno telo pride v stik s površino drugega, je neposredno odvisna od obremenitve (tlačna sila), ni odvisna od območja interakcije in je usmerjen v nasprotno smer od strani gibanja.

Odpiranje formule

Minilo je 180 let in Leonardov model je ponovno odkril G. Amonton, leta 1781 pa mu je S. O. Coulomb dal končno formulacijo v svojih delih. Zasluga teh dveh znanstvenikov je, da sta uvedla takšno fizikalno konstanto, kot je koeficient trenja, in s tem omogočila izpeljavo formule, s katero je mogoče izračunati, čemu je enaka sila trenja za določen par medsebojno delujočih materialov. Do zdaj je ta izraz

F t = k t x P, kjer je

P je tlačna sila (obremenitev), k t pa je koeficient trenja, ki se iz leta v leto seli v različne učbenike in priročnike o fiziki, sami koeficienti pa so že dolgo izračunani in so vsebovani v standardnih inženirskih priročnikih. Zdelo se je, da je ta pojav končno postal popolnoma jasen, a ni bilo tako.

Nove nianse

V 19. stoletju so znanstveniki postali prepričani, da formulacija, ki sta jo predlagala Amonton in Coulomb, ni univerzalna in absolutno pravilna, sila trenja pa ni odvisna le od koeficientov in uporabljene obremenitve. Poleg tega obstaja še tretji dejavnik - kakovost površinske obdelave. Odvisno od tega, ali je gladka ali hrapava, bo sila trenja prevzela drugačno vrednost. Načeloma je to povsem logično: premikanje drsnega predmeta je veliko lažje v primerjavi s premikanjem predmeta z neravno površino. In ob koncu 19. stoletja so se pojavili novi dosežki pri preučevanju viskoznosti in postalo je jasno, kako deluje sila trenja v tekočinah. In čeprav se je mazanje drgnih površin uporabljalo že od samega začetka tehnologije, se je šele leta 1886 po zaslugi O. Reynoldsa pojavila koherentna teorija, posvečena mazanju.
Torej, če ga je dovolj in ni neposrednega stika med dvema predmetoma, je sila trenja odvisna samo od njegove hidrodinamike. In če ni dovolj maziva, se aktivirajo vsi trije mehanizmi: Coulombova sila, sila viskoznega upora in sila, ki preprečuje, da bi se odmaknila. Ali menite, da je ta teorija končala preučevanje tega pojava? Tako je, ne. Na pragu dvajsetega stoletja se je izkazalo, da se pri nizkih vrtljajih brez mazanja pojavi učinek črt. Njeno bistvo je v tem, da se sila upora, ko ni mazanja, ne zmanjša takoj od začetne sile do stopnje kulonske sile, ampak postopoma pada z naraščanjem hitrosti. V dvajsetem stoletju so nadaljnje raziskave na tem področju prinesle toliko novih informacij, da jih je bilo treba nekako sistematizirati. Posledično se je pojavila cela znanost - tribologija, ki preučuje, kako sila trenja deluje v naravi. Samo v ZDA je število znanstvenikov, ki se ukvarjajo s tem področjem, preseglo tisoč ljudi, po vsem svetu pa je na to temo letno objavljenih več kot 700 člankov. Zanima me, kaj bodo znanstveniki še lahko odkrili? Počakaj in boš videl!

Ne gre - samo gre,

Ker je ledeno

Ampak odlično pade!

Zakaj nihče ni srečen?

Na prvi pogled tako naivna otroška pesmica – koliko pa vsebuje, če pogledaš s fizičnega vidika! Navsezadnje je prav v njej vsebovan sistem protislovnih odnosov do razvpite sile trenja. Ta nenehna bitka, kjer tekmujeta dva pojma – škoda in korist trenja, nikoli ne bo imela zmagovalca. Konec koncev, kar je za nekoga priročno in koristno, je za drugega pogosto ravno nasprotno - slabo, kot v tej pesmi.

Se spomnite zgodbe Nikolaja Nosova o ledenem toboganu, ki so ga fantje zgradili na dvorišču? In ko so vsi odšli na kosilo, je prišel ven tisti, ki ni sodeloval pri gradnji. Poskušal je splezati nanj, a se je samo poškodoval, a ni mogel splezati. In otrok je uganil, da bo led potresel s peskom - postalo je zelo priročno plezati na sam vrh, tudi na ledu! Tako je deček z uporabo peska za okrepitev prostora med spolzkim ledom in podplatom spoznal, da prednosti trenja omogočajo premagovanje ovir.

Toda po kosilu so otroci prišli ven z ledenimi kockami, da bi uživali na svojem toboganu. Vendar ni tako: sani ne vozijo po pesku! Za njih se je ta situacija obrnila v drugo smer in pokazala škodljivost trenja.

Podobne primere vidimo pozimi, ko fantje razvaljajo ledene steze in tečejo po njih ter razdaljo premagajo v nekaj minutah! In za njimi starejši ljudje kobacajo, jim spodrsne na zasneženih pobočjih in padajo ter si zlomijo roke in noge. Tu so spet jasni primeri, ko v istem primeru soobstajata škoda in korist sile trenja.

Da bi zmanjšali trenje, si smučarji mažejo smuči s posebnimi mazili za povečanje hitrosti med premikanjem. Drsališča, ki jih uporabljajo hitrostni ali umetnostni drsalci, se občasno zalivajo in čistijo, tudi zaradi zmanjšanja trenja. Nasprotno, poti za pešce so posute s peskom ali pepelom, da nihče ne pade nanje. Nekateri izumitelji in inovatorji so celo prišli na idejo, da bi na podplate zimskih škornjev in škornjev prilepili koščke brusnega papirja, samo da bi povečali silo trenja.

Enako se zgodi z avtomobilskimi kolesi. Ni skrivnost, da z nastopom zime vozniki "obujejo" svoje železne konje v posebne "zimske pnevmatike". V nasprotnem primeru brez uporabne sile trenja avto drsi pri zavijanju, drsi, pogosto pa ima voznik slab nadzor. In vsak zase ve, kako se nesreče končajo.

Vsi govorimo o zimi, o ledu in o padcu. Ali obstajajo drugi trenutki v vsakdanjem življenju, kjer lahko jasno vidite, kako škoda in korist trenja tekmujeta med seboj? Seveda imajo! Povsod so. Tudi v najini sobi s teboj.

Tukaj je na primer ogromna in težka garderoba. Stoji na mestu in se ne premakne. In če bi sila trenja nenadoma izginila, kaj bi se potem lahko zgodilo? In ta ogromna stvar bi se premikala po sobi že z najmanjšim pritiskom! Videti je treba, ali bi se mu lahko pravočasno izognili. Dobra sila trenja, uporabno!

Toda mama se je odločila preurediti pohištvo. In to zloglasno omaro morate prestaviti na drugo steno. En, dva, vzemi! Tri - štiri, stisnite se! Samo vse se izkaže za neuporabno: težji ko je predmet, močnejša je sila trenja na njem. Grozna, zoprna sila!

Spet tekmujejo med seboj - škoda in korist trenja. Nobena konkurenca ni potrebna! Morate le dobro poznati fizikalne zakone in biti sposobni iz tega znanja pridobiti praktične koristi. Trenutno ni potrebno. To pomeni, da ga je treba zmanjšati: naj bodo kontaktne površine bolj gladke in spolzke. Da bi to naredili, nekateri svetujejo, da na tla namažete milo ali olje, drugi pa pod noge težkega predmeta položite mokro krpo. In zdaj - ena ali dve - in končano je! Tega kolosa so precej enostavno premaknili z mesta.

Sila trenja nas nenehno spremlja skozi vse življenje, tako kot nam nekje povzroča nevšečnosti, nekje pa brez nje ne moremo. Kakor koli že, obstaja in naša naloga je, da se naučimo uporabljati fizikalne zakone, da bo naše življenje bolj udobno in udobno.

V svetu okoli nas je veliko fizikalnih pojavov: grom in blisk, dež in toča, električni tok, trenje ... Naše današnje poročilo je posvečeno trenju. Zakaj nastane trenje, na kaj vpliva, od česa je odvisna sila trenja? In končno, ali je trenje prijatelj ali sovražnik?

Kaj je sila trenja?

Če se malo poženete, lahko hitite po ledeni poti. Toda poskusite to narediti na navadnem asfaltu. Vendar ni vredno poskušati. Nič se ne bo izšlo. Krivec vašega neuspeha bo zelo velika sila trenja. Iz istega razloga je težko premakniti masivno mizo ali recimo klavir.

Na mestu stika dveh teles vedno pride do interakcije, ki preprečuje gibanje enega telesa na površini drugega. Imenuje se trenje. In velikost te interakcije je sila trenja.

Vrste tornih sil

Predstavljajmo si, da morate premakniti težko omaro. Vaša moč očitno ni dovolj. Povečajmo "strižno" silo. Hkrati se poveča sila trenja mir. In je usmerjen v smeri, nasprotni gibanju omare. Na koncu "zmaga" "strižna" sila in omarica se odmakne. Zdaj pride na svoj račun sila trenja zdrs Vendar je manjša od statične sile trenja in premikanje omare dlje je veliko lažje.

Seveda ste morali gledati, kako 2-3 osebe odkotalijo težak avto z nenadoma ugaslim motorjem. Ljudje, ki potiskajo avto, niso močneži, sila trenja le deluje na kolesa avtomobila valjanje. Ta vrsta trenja se pojavi, ko se eno telo kotali po površini drugega. Žoga, okrogel ali fasetiran svinčnik, kolesa vlaka itd. se lahko kotalijo. Ta vrsta trenja je veliko manjša od sile drsnega trenja. Zato je zelo enostavno premikati težko pohištvo, če je opremljeno s kolesi.

Toda v tem primeru je sila trenja usmerjena proti gibanju telesa, zato zmanjša hitrost telesa. Če ne bi bilo njegove »škodljive narave«, bi lahko s pospeševanjem na kolesu ali rolerjih uživali v vožnji za nedoločen čas. Iz istega razloga se bo avto z ugasnjenim motorjem nekaj časa premikal po vztrajnosti in se nato ustavil.

Torej, ne pozabite, obstajajo 3 vrste tornih sil:

drsno trenje;
kotalno trenje;
statično trenje.

Hitrost spreminjanja hitrosti imenujemo pospešek. Ker pa sila trenja upočasni gibanje, bo imel ta pospešek predznak minus. Pravilno bi bilo reči Pod vplivom trenja se telo giblje upočasnjeno.

Kakšna je narava trenja

Če pogledate gladko površino polirane mize ali ledu skozi povečevalno steklo, boste videli drobne hrapavosti, na katere se oprime telo, ki drsi ali se kotali po njeni površini. Navsezadnje ima tudi telo, ki se giblje po teh površinah, podobne izbokline.

Na stičnih točkah se molekule tako približajo, da se začnejo privlačiti. Toda telo se še naprej giblje, atomi se oddaljujejo drug od drugega, vezi med njimi se trgajo. To povzroči, da atomi, osvobojeni privlačnosti, vibrirajo. Približno tako, kot niha vzmet, osvobojena napetosti. Te vibracije molekul zaznavamo kot segrevanje. Zato trenje vedno spremlja povečanje temperature kontaktnih površin.

To pomeni, da obstajata dva razloga, ki povzročata ta pojav:

nepravilnosti na površini kontaktnih teles;
sile medmolekularne privlačnosti.

Od česa je odvisna sila trenja?

Verjetno ste opazili nenadno zaviranje sani, ko zdrsnejo na peščeno površino. In še ena zanimiva ugotovitev: ko je ena oseba na saneh, bo šla po hribu navzdol v eno smer. In če dva prijatelja drsita skupaj, se bodo sani hitreje ustavile. Zato je sila trenja:

odvisno od materiala kontaktnih površin;
poleg tega se z večanjem telesne teže povečuje trenje;
deluje v nasprotni smeri od gibanja.

Čudovita fizikalna znanost je dobra tudi zato, ker je veliko odvisnosti mogoče izraziti ne samo z besedami, ampak tudi v obliki posebnih znakov (formul). Za silo trenja je videti takole:

Ftr = kN Kje:

Ftr - sila trenja.

k - koeficient trenja, ki odraža odvisnost sile trenja od materiala in čistosti njegove obdelave. Recimo, če se kovina kotali po kovini k=0,18, če drsate po ledu k=0,02 (koeficient trenja je vedno manjši od ena);

N je sila, ki deluje na oporo. Če je telo na vodoravni površini, je ta sila enaka teži telesa. Za nagnjeno ravnino je manjša teža in je odvisna od kota naklona. Bolj kot je tobogan strm, lažje je drsenje navzdol in dlje se lahko peljete.

In z izračunom statične sile trenja omarice po tej formuli bomo ugotovili, kakšno silo je treba uporabiti, da jo premaknemo z mesta.

Delo sile trenja

Če na telo deluje sila, pod vplivom katere se telo giblje, je delo vedno opravljeno. Delo sile trenja ima svoje značilnosti: navsezadnje ne povzroča gibanja, ampak ga preprečuje. Zato delo, ki ga opravlja, je bo vedno negativna, tj. z znakom minus, ne glede na to, v katero smer se telo premika.

Je trenje prijatelj ali sovražnik?

Sile trenja nas spremljajo povsod, prinašajo otipljivo škodo in ... ogromno koristi. Predstavljajmo si, da je trenje izginilo. Začudeni opazovalec bi videl, kako se gore podirajo, drevesa se sama ruvajo iz tal, orkanski vetrovi in morski valovi neskončno gospodujejo zemlji. Vsa telesa drsijo nekam navzdol, transport razpada na ločene dele, saj vijaki brez trenja ne opravljajo svoje vloge, nevidna pošast bi odvezala vse vezalke in vozle, pohištvo, ki ga sile trenja ne držijo, je zdrsnila v najnižji kot sobe.

Poskusimo pobegniti, pobegniti iz tega kaosa, a brez trenj Ne bomo mogli narediti niti enega koraka. Navsezadnje je trenje tisto, ki nam pri hoji pomaga odrivati se od tal. Zdaj je jasno, zakaj so spolzke ceste pozimi posute s peskom ...

In hkrati včasih trenje povzroči znatno škodo. Ljudje so se naučili zmanjševati in povečevati trenje in iz tega pridobiti ogromne koristi. Kolesa so bila na primer izumljena za vleko težkih tovorov, pri čemer so drsno trenje nadomestili s kotaljenjem, ki je bistveno manjše od drsnega trenja.

Ker kotalečemu se telesu ni treba ujeti veliko majhnih površinskih nepravilnosti, kot pri drsenju teles. Nato so bila kolesa opremljena s pnevmatikami z globokim vzorcem (tekalne plasti).

Ste opazili, da so vse gume gumijaste in črne?

Izkazalo se je, da guma dobro drži kolesa na cesti, premog, dodan gumi, pa ji daje črno barvo ter potrebno togost in moč. Poleg tega vam v primeru nesreč na cesti omogoča merjenje zavorne poti. Navsezadnje pri zaviranju pnevmatike pustijo jasno črno sled.

Po potrebi zmanjšajte trenje, uporabite mazalna olja in suho grafitno mazivo. Izjemen izum je bilo ustvarjanje različnih vrst krogličnih ležajev. Uporabljajo se v najrazličnejših mehanizmih, od koles do najnovejših letal.

Ali v tekočinah obstaja trenje?

Ko telo miruje v vodi, do trenja z vodo ne pride. Toda takoj, ko se začne premikati, nastane trenje, tj. Voda se upira gibanju vseh teles v njej.

To pomeni, da obala, ki ustvarja trenje, "upočasnjuje" vodo. In ker trenje vode ob obali zmanjša njeno hitrost, ne smete plavati v sredino reke, ker je tam tok veliko močnejši. Ribe in morske živali so oblikovane tako, da je trenje njihovih teles ob vodo minimalno.

Oblikovalci dajejo enako racionalizacijo podmornicam.

Spoznavanje drugih naravnih pojavov bomo nadaljevali. Se vidimo spet, prijatelji!

Če bi bilo to sporočilo koristno za vas, bi bil vesel vašega obiska

Znanost

Evropski znanstveniki so podali sodobno razlago izvora drsnega trenja med trdnimi telesi. Kljub temu, da je trenje eden temeljnih pojavov sodobne uporabne fizike, Ta pojav se ne preneha preučevati že več stoletij.. Do danes je veljalo, da sta mehanska odpornost proti obrabi in prisotnost (ali odsotnost) tekočega mazanja med glavnimi dejavniki, ki vplivajo na trenje, vendar so temeljni vzroki drsnega trenja ostali neznani.

Dr. Lacey Makkonen, višji raziskovalec v tehničnem raziskovalnem centru na Finskem, je predstavil lastno razlago izvora drsnega trenja med trdnimi predmeti. Njegova teorija v celoti potrjuje dejstvo da je velikost trenja odvisna tudi od tako imenovane površinske energije obravnavanih materialov. Poleg tega ima trenje pomemben vpliv na številne pojave, s katerimi se srečujemo vsakič (kot je na primer absorpcija energije).

Makkonenov novi termodinamični model je prvi te vrste, ki kvantificira koeficient trenja materialov z upoštevanjem površinske energije materialov. Model to pravzaprav dokazuje do trenja pride, ko materiali pridejo v stik na ravni nanometra, ki je posledica tvorbe novih vezi na atomski ravni. Ta teorija dopolnjuje razlago izvora sile trenja in prisotnosti tornega segrevanja med suhim trenjem. Uporablja se lahko tudi za natančnejši izračun tornih koeficientov kombinacij različnih materialov.

Izdelan model omogoča tudi natančnejše krmiljenje tornih procesov z izbiro določene površine materialov ali z uporabo mazalnih plasti, ob upoštevanju prisotnosti površinske energije med njimi. Omeniti velja, da ta teorija potrjuje mnenja mnogih fizikov, da so v znanih tabelah s koeficienti trenja, ki so v njih predstavljeni za različne materiale (zlasti za homogene), opazne netočnosti.