Перечислите возможные виды трения дайте им определение: Виды трения, смазки и изнашивания, меры по снижению изнашивания

Виды трения, смазки и изнашивания, меры по снижению изнашивания

Категория:

   Ремонт тракторов и автомобилей

Публикация:

   Виды трения, смазки и изнашивания, меры по снижению изнашивания

Читать далее:

Виды трения, смазки и изнашивания, меры по снижению изнашивания

Виды трения и смазки. Внешним трением называют явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним и сопровождаемое переходом части кинетической энергии в теплоту.

Сила трения представляет собой силу сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, тангенциально направленной к общей границе между этими телами. Чтобы уменьшить силу трения, на поверхность трения вводят смазочный материал.

Смазка — это действие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшаются сила трения и разрушение этих поверхностей.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

По относительному перемещению трущихся поверхностей разделяют трение покоя и трение движения (ГОСТ 23.002—78).

Трение покоя — трение двух тел при микросмещениях до перехода к относительному движению. Трение этого вида возникает в болтовых соединениях, сцеплениях, тормозах и др.

Трение движения возникает между двумя телами, находящимися в относительном движении. Такому трению подвержены все поверхности, перемещающиеся одна относительно другой.

По характеру относительного движения трение движения разделяют на трение скольжения и трение качения.

Трение скольжения — такое трение движения, при котором скорости тел в точке касания различны как по значению, так и по направлению или только по одному из этих показателей.

Трение качения — такой вид трения движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по значению и направлению (подшипники качения, зацепление шестерен и др.).

Трение без смазочного материала происходит между двумя телами при отсутствии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида. Такое трение сопровождается повышенными температурами, пластическими деформациями и даже прочным сцеплением отдельных точек контакта, что вызывает интенсивное разрушение трущихся поверхностей. В условиях трения без смазочного материала работают диски сцеплений, тормозной барабан — колодки, гнездо клапана — клапан, звенья гусениц — пальцы, а также звенья гусениц в паре с направляющими и ведущими колесами, с поддерживающим и опорными катками.

Трение со смазочным материалом — возникает между двумя телами, поверхности трения которых покрыты смазочным материалом любого вида. Различают следующие виды смазки: в зависимости от различного физического состояния смазочного материала — газовую, жидкостную и твердую, в зависимости от типа разделения поверхностей трения смазочным слоем — гидродинамическую, гидростатическую, газодинамическую, газостатическую, эласто-гидродинамическую, граничную и полужидкостную.

Газовая и жидкостная смазки. Поверхности трения деталей разделены соответственно газовым или жидким смазочным материалом.

Твердая смазка. Поверхности трения деталей, находящихся в относительном движении, разделены твердым смазочным материалом.

Гидродинамическая (газодинамическая) смазка — это смазка, при которой полное разделение поверхностей трения происходит в результате давления, самовозникающего в слое жидкости (газа) при относительном движении деталей. Отсутствие контакта между трущимися поверхностями предохраняет их от разрушения. Заметные повреждения или разрушения поверхностей возможны только в те моменты, когда нарушается гидродинамическая смазка или в смазочный материал попадают посторонние твердые частицы. При гидродинамической (жидкостной) смазке работают опорные шейки распределительных валов, коренные и шатунные подшипники коленчатых валов, поршневые вальцы двигателей и др.

Гидростатическая (газостатическая) смазка — это такая жидкостная смазка, при которой полное разделение поверхностей трения деталей, находящихся в относительном движении или покое, осуществляется в результате поступления жидкости (газа) в зазор между поверхностями трения под внешним давлением. В тракторах и автомобилях такой вид смазки не применяют.

Эласто-гидродинамическая смазка — это смазка, при которой характеристики трения и толщина пленки жидкого смазочного материала между трущимися поверхностями определяются упругими свойствами материалов тел и свойствами жидкого смазочного материала.

Полужидкостная смазка характеризуется тем, что жидкостная смазка происходит частично.

Граничная смазка — это смазка, при которой толщина слоя смазочного материала не превышает высоты шероховатостей соприкасающихся поверхностей. При сравнительно небольших нагрузках интенсивность разрушения трущихся поверхностей резко снижается. Но при больших нагрузках слой смазочного материала разрушается, его частицы попадают в образующиеся микротрещины и при сжатии их в местах контакта проявляют расклинивающее действие, вызывая более быстрое разрушение трущихся поверхностей. В условиях граничной смазки в машинах работает большинство-трущихся поверхностей.

Виды изнашивания. При всех видах трения трущиеся поверхности разрушаются (изнашиваются).

Изнашивание — это процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Износ деталей — результат изнашивания, определяемый в установленных единицах.

Изнашивание деталей машин сопровождается сложными физи-ко-химическими явлениями и многообразием влияющих на него факторов. Изнашивание зависит от материала и качества трущихся поверхностей, характера и скорости их взаимного перемещения, характера контакта, вида и значения нагрузки, вида трения, смазывания и смазочных материалов, а также от многих других факторов. В соответствии с ГОСТ 23.002—78 установлено три группы видов изнашивания в машинах: механическое, коррозионно-механическое и при действии электрического тока. Каждую группу изнашивания подразделяют на несколько видов, представленных на рисунке 1.

Механическое изнашивание — это изнашивание в результате механических воздействий; его разделяют на абразивное, гидроабразивное (газоабразивное), эрозионное, гидроэрозионное (газоэрозионное), кавитационное, усталостное, при фреттинге и при заедании.

Абразивное изнашивание в машинах возникает в результате микропластических деформаций и срезания металла твердыми абразивными частицами, находящимися между поверхностями трения. Абразивные частицы, попавшие из окружающей среды или образовавшиеся при других видах изнашивания, часто по своей твердости превышают твердость трущихся поверхностей и действуют как режущий инструмент. Поэтому по своей природе и механизму протекания абразивное изнашивание очень похоже на явления, происходящие при резании металлов. Изнашиванию этого вида подвержены детали машин, работающие в абразивной среде (ходовая часть гусеничных тракторов и дорожно-строительных машин, рабочие органы сельскохозяйственных машин и др.).

Рис. 1. Классификация видов изнашивания по ГОСТ 23.002—78.

Гидроабразивное (газоабразивное) изнашивание вызывают абразивные (твердые) частицы, перемещающиеся потоком жидкости (газа). Абразивные частицы попадают в поток жидкости (газа) за счет загрязнения при небрежной заправке, плохой фильтрации и очистке. Этот вид изнашивания характерен для деталей водяных, масляных и топливных насосов, гидроусилителей, гидроприводов тормозных и других систем, деталей цилиндро-поршневой группы и др.

Самые эффективные способы борьбы с абразивным изнашиванием всех видов — повышение твердости и улучшение качества обработки трущихся поверхностей, тщательная герметизация всех уплотнительных устройств при ремонте, а также очистка топлива и смазочных материалов от механических примесей и поддержание в исправном состоянии всех уплотнительных (прокладки, чехлы и т. п.) и очистительных (топливные и масляные фильтры, воздухоочиститель) устройств при эксплуатации.

Эрозионное изнашивание деталей происходит в результате трения потока жидкости и (или) газа о металл. Эрозионное изнашивание в большинстве случаев проявляется совместно с гидроабразивным (газоабразивным). Поток жидкости (газа) разрушает оксидную пленку металла, а абразивные частицы в потоке способствуют более интенсивному изнашиванию.

Гидроэрозионное (газоэрозионное) изнашивание — это эрозионное изнашивание в результате воздействия потока жидкости (газа).

Кавитационное изнашивание. При движении жидкости относительно твердого тела возникающие пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности. Это создает местное повышение давления или температуры, под действием которых происходит разрушение поверхности. Этому виду изнашивания подвержены наружные поверхности цилиндров и водяных рубашек современных двигателей, охлаждаемых турбулентным потоком жидкости, лопастей водяных насосов, а также других деталей.

Усталостное изнашивание проявляется преимущественно на поверхностях трения качения подшипников и зубьев шестерен. Под действием больших удельных повторно-переменных нагрузок, превышающих предел текучести металла, возникают микропластические деформации сжатия и упрочнения поверхностных слоев. В результате проявляются микро- и макротрещины, которые по мере работы развиваются и приводят к усталостному отслаиванию и выкрашиванию частиц металла. На контактных поверхностях образуются одиночные и групповые осповидные углубления и впадины. Глубина впадин зависит от свойств металла, удельных давлений и размера контактных поверхностей. После заметного появления усталостного изнашивания быстро наступает аварийное состояние. Меры борьбы с усталостным изнашиванием — точный монтаж подшипников и зубчатых передач и правильное их смазывание.

Изнашивание при фреттинге возникает в соприкасающихся поверхностях при малых колебательных относительных перемещениях. Этот вид изнашивания происходит при ослаблении болтовых соединений поверхностей, а также при отсутствии больших динамических и ударных нагрузок. Эффективные способы уменьшения изнашивания этого вида — своевременная проверка и подтягивание болтовых креплений.

Изнашивание при заедании происходит вследствие схватывания при трении, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и действия возникающих неровностей на сопряженную поверхность. Этот вид изнашивания разделяют на изнашивание схватыванием первого и второго рода.

Изнашивание схватыванием первого рода возникает при трении поверхностей с малыми скоростями (1,0 м/с), граничной смазке, а также при больших нагрузках в местах контакта поверхностей. Под действием большой нагрузки между отдельными выступами трущихся поверхностей возникают металлические связи и упрочнение в месте схватывания. При перемещении происходит вырывание стружки из менее твердой поверхности или царапание ее упрочненным участком. Изнашивание схватыванием первого рода сопровождается наиболее высоким коэффициентом трения, выделением большого количества теплоты и наибольшей интенсивностью изнашивания.

Изнашивание схватыванием второго рода наблюдается при трении скольжения с большими скоростями, граничной смазке, а также при значительных удельных нагрузках. Оно характеризуется интенсивным повышением температуры в поверхностных слоях и увеличением их пластичности.

Эффективные меры, снижающие появление износа схватыванием,— достижение высокого класса шероховатости и правильной геометрической формы при обработке поверхностей, получение защитных оксидных пленок и улучшение условий смазки, соблюдение в начальный период работы после изготовления или ремонта режимов обкатки, а также недопущение перегрузок в процессе всего периода эксплуатации.

Коррозионно-механическое изнашивание происходит в результате механического воздействия и сопровождается химическим и (или) электрическим взаимодействием материала со средой. Это изнашивание разделяют на окислительное и изнашивание при фретгинг-коррозии.

Окислительное изнашивание характеризуется разрушением трущихся поверхностей и обусловлено реакцией материала с кислородом или окисляющей окружающей средой. При этом одновременно протекает два процесса — пластическое деформирование малых объемов металла поверхностных слоев и проникновение кислорода воздуха в деформированные слои. В первой стадии окислительного изнашивания происходит разрушение и удаление мельчайших твердых частиц металла из непрерывно образующихся от проникновения кислорода пленок. Вторая стадия характерна образованием и выкрашиванием пластически недеформирующихся хрупких окислов.

Окислительное изнашивание возможно при трении скольжения и трении качения. В первом случае оно является основным, а во втором — сопутствующим другим видам изнашивания. Проявляется этот вид изнашивания при сравнительно невысоких скоростях скольжения и небольших удельных нагрузках, а также на таких деталях, как шейки коленчатых валов, цилиндры, поршневые пальцы и другие детали.

Фреттинг-коррозия возникает при трении скольжения с очень малыми возвратно-поступательными перемещениями в условиях динамической нагрузки. При ударах и вибрации происходит интенсивное окисление соприкасающихся поверхностей вследствие резкой активизации пластически деформируемого металла. В результате на рабочих поверхностях в местах контакта появляется резко выраженное разрушение. Изнашиванию при фреттинг-коррозии подвергаются посадочные поверхности подшипников качения и шестерен, болтовые и заклепочные соединения рам и другие детали.

Наибольшему коррозионно-механическому изнашиванию подвержены мягкие стали, поэтому эффективный способ его уменьшения состоит в повышении твердости рабочих поверхностей закалкой, нанесением твердых сплавов, хромированием и др.

Изнашивание при действии электрического тока называют электроэрозионным, оно происходит в результате воздействия на поверхности разрядов при прохождении электрического тока. Этому виду изнашивания подвержены коллекторы электрогенераторов, подвижные электроконтакты и другие поверхности.

Рекламные предложения:

Читать далее: Допускаемые и предельные износы деталей

Категория: — Ремонт тракторов и автомобилей

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Сила тяжести, трения, реакции опоры, упругости, Архимеда, сопротивления, вес. Направление, точка приложения, природа возникновения

Тестирование онлайн

Что надо знать о силе

Сила — векторная величина. Необходимо знать точку приложения и направление каждой силы. Важно уметь определить какие именно силы действуют на тело и в каком направлении. Сила обозначается как , измеряется в Ньютонах. Для того, чтобы различать силы, их обозначают следующим образом

Ниже представлены основные силы, действующие в природе. Придумывать не существующие силы при решении задач нельзя!

Сил в природе много. Здесь рассмотрены силы, которые рассматриваются в школьном курсе физики при изучении динамики. А также упомянуты другие силы, которые будут рассмотрены в других разделах.

Сила тяжести

На каждое тело, находящееся на планете, действует гравитация Земли. Сила, с которой Земля притягивает каждое тело, определяется по формуле

Точка приложения находится в центре тяжести тела. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз.

Сила трения

Познакомимся с силой трения. Эта сила возникает при движении тел и соприкосновении двух поверхностей. Возникает сила в результате того, что поверхности, если рассмотреть под микроскопом, не являются гладкими, как кажутся. Определяется сила трения по формуле:

Сила приложена в точке соприкосновения двух поверхностей. Направлена в сторону противоположную движению.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила реакции опоры

Представим очень тяжелый предмет, лежащий на столе. Стол прогибается под тяжестью предмета. Но согласно третьему закону Ньютона стол воздействует на предмет с точно такой же силой, что и предмет на стол. Сила направлена противоположно силе, с которой предмет давит на стол. То есть вверх. Эта сила называется реакцией опоры. Название силы «говорит» реагирует опора. Эта сила возникает всегда, когда есть воздействие на опору. Природа ее возникновения на молекулярном уровне. Предмет как бы деформировал привычное положение и связи молекул (внутри стола), они, в свою очередь, стремятся вернуться в свое первоначальное состояние, «сопротивляются».

Абсолютно любое тело, даже очень легкое (например,карандаш, лежащий на столе), на микроуровне деформирует опору. Поэтому возникает реакция опоры.

Специальной формулы для нахождения этой силы нет. Обозначают ее буквой , но эта сила просто отдельный вид силы упругости, поэтому она может быть обозначена и как

Сила приложена в точке соприкосновения предмета с опорой. Направлена перпендикулярно опоре.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила упругости

Это сила возникает в результате деформации (изменения первоначального состояния вещества). Например, когда растягиваем пружину, мы увеличиваем расстояние между молекулами материала пружины. Когда сжимаем пружину — уменьшаем. Когда перекручиваем или сдвигаем. Во всех этих примерах возникает сила, которая препятствует деформации — сила упругости.

Закон Гука

Сила упругости направлена противоположно деформации.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

При последовательном соединении, например, пружин жесткость рассчитывается по формуле

При параллельном соединении жесткость

Жесткость образца. Модуль Юнга.

Модуль Юнга характеризует упругие свойства вещества. Это постоянная величина, зависящая только от материала, его физического состояния. Характеризует способность материала сопротивляться деформации растяжения или сжатия. Значение модуля Юнга табличное.

Подробнее о свойствах твердых тел здесь.

Вес тела

Вес тела — это сила, с которой предмет воздействует на опору. Вы скажете, так это же сила тяжести! Путаница происходит в следующем: действительно часто вес тела равен силе тяжести, но это силы совершенно разные. Сила тяжести — сила, которая возникает в результате взаимодействия с Землей. Вес — результат взаимодействия с опорой. Сила тяжести приложена в центре тяжести предмета, вес же — сила, которая приложена на опору (не на предмет)!

Формулы определения веса нет. Обозначается эта силы буквой .

Сила реакции опоры или сила упругости возникает в ответ на воздействие предмета на подвес или опору, поэтому вес тела всегда численно одинаков силе упругости, но имеет противоположное направление.

Сила реакции опоры и вес — силы одной природы, согласно 3 закону Ньютона они равны и противоположно направлены. Вес — это сила, которая действует на опору, а не на тело. Сила тяжести действует на тело.

Вес тела может быть не равен силе тяжести. Может быть как больше, так и меньше, а может быть и такое, что вес равен нулю. Это состояние называется невесомостью. Невесомость — состояние, когда предмет не взаимодействует с опорой, например, состояние полета: сила тяжести есть, а вес равен нулю!

Определить направление ускорения возможно, если определить, куда направлена равнодействующая сила

Обратите внимание, вес — сила, измеряется в Ньютонах. Как верно ответить на вопрос: «Сколько ты весишь»? Мы отвечаем 50 кг, называя не вес, а свою массу! В этом примере, наш вес равен силе тяжести, то есть примерно 500Н!

Перегрузка — отношение веса к силе тяжести

Сила Архимеда

Сила возникает в результате взаимодействия тела с жидкость (газом), при его погружении в жидкость (или газ). Эта сила выталкивает тело из воды (газа). Поэтому направлена вертикально вверх (выталкивает). Определяется по формуле:

В воздухе силой Архимеда пренебрегаем.

Если сила Архимеда равна силе тяжести, тело плавает. Если сила Архимеда больше, то оно поднимается на поверхность жидкости, если меньше — тонет.

Электрические силы

Существуют силы электрического происхождения. Возникают при наличии электрического заряда. Эти силы, такие как сила Кулона, сила Ампера, сила Лоренца, подробно рассмотрены в разделе Электричество.

Схематичное обозначение действующих на тело сил

Часто тело моделируют материальной точкой. Поэтому на схемах различные точки приложения переносят в одну точку — в центр, а тело изображают схематично кругом или прямоугольником.

Для того, чтобы верно обозначить силы, необходимо перечислить все тела, с которыми исследуемое тело взаимодействует. Определить, что происходит в результате взаимодействия с каждым: трение, деформация, притяжение или может быть отталкивание. Определить вид силы, верно обозначить направление. Внимание! Количество сил будет совпадать с числом тел, с которыми происходит взаимодействие.

Главное запомнить

1) Силы и их природа;
2) Направление сил;
3) Уметь обозначить действующие силы

Рассмотрим взаимное притяжение предмета и Земли. Между ними, согласно закону гравитации возникает сила

А сейчас сравним закон гравитации и силу тяжести

Величина ускорения свободного падения зависит от массы Земли и ее радиуса! Таким образом, можно высчитать, с каким ускорением будут падать предметы на Луне или на любой другой планете, используя массу и радиус той планеты.

Расстояние от центра Земли до полюсов меньше, чем до экватора. Поэтому и ускорение свободного падения на экваторе немного меньше, чем на полюсах. Вместе с тем, следует отметить, что основной причиной зависимости ускорения свободного падения от широты местности, является факт вращения Земли вокруг своей оси.

При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорения свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния до центра Земли.

Трение Виды трения — Энциклопедия по машиностроению XXL

Вид трения Коэффициент трения Вид трення Коэффициент трения  [c.308]

ПОНЯТИЕ О ТРЕНИИ, ВИДЫ ТРЕНИЯ  [c.43]

Узел трения Вид трения Вид изнашивания  [c.68]

Обычно различают два основных вида трения трение сухое (или трение несмазанных поверхностей) и трение жидкостное (или трение смазанных поверхностей). Кроме того, различают иногда еще два промежуточных вида трения полусухое трение и полужидкостное трение.  [c.213]

И В непосредственно не соприкасаются, то такой вид трения называется жидкостным трением. Поэтому при жидкостном трении силами трения являются силы сопротивления сдвигу отдельных слоев смазки. Многие из различных явлений, которые имеют место при жидкостном трении, отсутствуют при сухом трении, и наоборот. Полусухим трением называют такой вид трения, при котором наиболее выступающие шероховатости не разделяются слоем смазки и приходят в непосредственное соприкосновение. Разница между полусухим и полужидкостным видами трения заключается главным образом в том, какой из основных видов трения преобладает.  [c.214]

Явления сухого и жидкостного трения по своей природе совершенно различны. Поэтому различны и методы учета сил трения в механизмах. Во фрикционных, ременных и других передачах наблюдается сухое трение в смазанных подшипниках, подпятниках и т. д. — жидкостное трение, переходящее иногда в полусухое или даже сухое трение (периоды пуска машины). Поэтому необходимо изучать оба вида трения.  [c.214]

Определить вид трения и значения / и Mj , принять для граничных условий / = 0,12.  [c.241]

Подшипники качения служат опорами для валов, осей и других вращающихся деталей. Они воспринимают радиальные и осевые усилия, приложенные к валу, и по виду трения относятся к опорам трения качения.  [c.329]

В подшипниках скольжения встречаются три основных вида трения жидкостное, полужидкостное и полусухое.  [c.329]

При полужидкостном трении сплошность масляной пленки нарушена, поверхности вала и подшипника соприкасаются своими микронеровностями на участках большей или меньшей протяженности. Этот вид трения встречается при недостаточной подаче масла или при отсутствии механизма гидродинамической смазки (например, в подпятниках с плоскими несущими поверхностями).  [c.331]

Вращению шариков под действием Мг препятствует момент трения (вид б)  [c.491]

Опорами и направляющими называют устройства, обеспечивающие вращение или поступательное перемещение подвижных частей механизмов. В зависимости от вида трения опоры и направляющие бывают с трением скольжения и трением качения. Кроме того, существуют опоры с упругими элементами, с газовой смазкой, ртутные и магнитные подвесы.  [c.426]

В зависимости от состояния поверхностей трения различают два вида трения трение без смазочного материала (сухое трение) и трение со смазочным материалом.  [c.226]

По кинематическому признаку различают следующие виды трения движения трение скольжения, трение качения, трение верчения, трение качения с проскальзыванием и трение при виброперемещениях.  [c.228]

Для расчетов механизмов, работающих при разных режимах и видах трения, важное значение имеет зависимость силы трения от скорости V K относительного движения трущихся поверхностей.  [c.228]

Отношение = Л,/Лл называется механическим коэффициентом потерь, который характеризует, какая доля механической энергии Ал, подведенной к машине, вследствие наличия различных видов трения превращается в конечном счете в теплоту и бесполезно теряется, рассеиваясь в окружающем пространстве. Так как потери на трение неизбежны, то всегда I > 0. Между коэффициентом потерь и к. п. д. существует очевидная связь — I — т . В современных условиях, когда экономное расходование энергии является одной из первоочередных задач народного хозяйства, к. п. д. и коэффициент потерь являются важными характеристиками механизмов машин.  [c.238]

В заключение рассмотрим уравнение (7.19). Из него следует, что коэффициент трения определяющий значение угла трения ф,, оказывает большое влияние на к.п.д. Эта зависимость наглядно показана на рис. 7.14 (при 7 = 30°) для разных видов трения и смазки / — трение без смазочного материала т = 5..40% // — граничная смазка 1 = 50.. 70% III — гидродинамическая и гидростатическая смазка q = 90…97% IV — трение качения г = 98…99%.  [c.242]

Решение. Рассмотрим движение системы, состоящей из 1) диска А, 2) стрелки F, жестко соединенной с цилиндром В и представляющей с ним одно неразрывное целое, и 3) испытуемого тела D. Механическое движение диска передается другим телам системы в виде механического же движения. Тела совершают вращения вокруг оси и для решения задачи удобно воспользоваться теоремой (192) моментов системы относительно оси. На точки системы действуют только вертикальные внешние силы—веса тел и реакция в опоре С. Внешнее трение отсутствует. Трение между диском А и цилиндром В, возникающее при движении диска по винтовой резьбе, является внутренней силой и потому не входит в уравнение моментов. Моменты внешних сил относительно оси j равны нулю, и мы можем написать уравнение (193)  [c.346]

Зависимости (21.31), (21.32) и (21.33) используются при расчетах усилий в парах зубчатых механизмов различных видов с учетом трения. Пренебрегая трением для прямозубой передачи,  [c.275]

Приведенный угол трения ср (а по ср и приведенный коэффициент трения / ) принимают в зависимости от типа резьбы и вида трения в винтовой паре — скольжения или качения.  [c.325]

В зависимости от характера перемещения тела (по кинематическому признаку) трение принято подразделять на два вида трение скольжения и трение качения. Трение скольжения называют также трением первого рода, а трение качения — трением второго рода.  [c.90]

В большинстве случаев трение является вредным сопротивлением, и для его преодоления приходится затрачивать часть подводимой энергии. Например, в двигателе внутреннего сгорания происходит превращение тепловой энергии в механическую. Этот процесс протекает в цилиндре двигателя. Полученная в цилиндре механическая энергия (работа) передается на коленчатый вал не полностью, так как часть ее затрачивается на преодоление трения в механизме двигателя — трения поршня о втулку цилиндра и трения в подшипниках. С коленчатого вала энергия на гребной винт передается через систему промежуточных валов, в подшипниках которых также имеется трение. Все эти виды трения представляют собой вредные сопротивления.  [c.91]

Различают следующие виды трения скольжения  [c.91]

Глава 1.7 ТРЕНИЕ 1.29. Виды трения  [c.81]

Весьма хорошим способом уменьшения трения в резьбе является замена трения скольжения трением качения. Для этого резьба и на винте и на гайке выполняется в виде винтовых канавок, служащих дорожками качения для шариков (рис. 3.86). Шарики движутся по замкнутой траектории внутри гайки, возвращаясь от конца рабочего участка резьбы к началу по обводному каналу.  [c.474]

Все подшипники, независимо от вида трения, в зависимости от направления воспринимаемой нагрузки делятся на радиальные (воспринимающие нагрузки, перпендикулярные к оси цапф), упорные (воспринимающие осевые нагрузки) и радиально-упорные (воспринимающие радиальные и осевые нагрузки).  [c.519]

Если выступающие неровности поверхкосгей Л и В непосредственно соприкасаются друг с другом, то такой вид трения называется сухим трением. Если же между поверхностями А и В имеется промежуточный слой смазки (рис. 11.2) и поверхности А  [c.213]

В этом равенстве F . есть сила трения, / — коэффициент трения движения, принимаемый для рассматриваемых тел постоянным, F» — нормальное давление и Л — некоторая постоянная трення, ие зависящая от давления, а зависящая от способносии соприкасающихся поверхностей к предварительной снеплеиности. Таким образом, хотя зависимость силы трения от нормального давления линейна, закон изменения силы трения в функции нормального давления выражается в виде прямой, не проходящей через начало координат (рис. 11.4, а). Постоянная величина А характеризует как бы цепкость соприкасающихся поверхностен и показывает необходимость приложения некоторой дополнительной силы для преодоления предварительной снеплеиности соприкасающихся поверхностей.  [c.216]

От шероховатости поверхности деталей зависят пзноссстойкость при всех видах трения, плавность ход , равномерность зазора, возможность повышения удельной нагр зки, контактная жесткость присоединительных поверхностей, прочность посадок с натягом, изменение заданного характера посадо , точность кинематических пар, виброустойчивость, точность нзме 1ений.  [c.226]

Трение (имеется в виду трение по масляной подущке) незначительно.  [c.423]

По виду трения подшипники разделяют на под1пипники скольжения и качения.  [c.338]

Общее представление о значении коэффициентов трения скольжения /, дают экспериментальные данные для разных видов трения, приведенные ниже трение ювенильных поверхностей при отсутствии смазки и оксидов — 0,8…6,0 трение окисленных поверхностей — 0,4…0,8 граничное трение при наличии мономолекулярного слоя смазки на поверхности—0,2…0,6 граничное трение при наличии мультимолекулярного слоя полярных молекул — 0,1…0,4 гидродинамическое трение при наличии слоя неполярных молекул — 0,008. 0,02 гидродинамическое трение при наличии жидкокристаллической объемной фазы —0,0001…0,001.  [c.228]

Высшая кинематическая пара (рис. 7.10) в плоском механизме допускает два относительных движения звенья / и 2 могут скользить (v 2) И перекатываться друг по другу ( oi2). Поэтому и трение в высшей кинематической паре проявляется двояко в виде трения скольжения и трения качения. Тормозящее действие трения качения (Мк и,) в большинстве случаев весьма невелико, и поэтому его в дальнеЙ1пем учитывать не будем. Конечно, при расчете подшипников качения, при исследовании движения тяжелых предметов на подкладных катках и рольгангах и в других подобных задачах трением качения пренебрегать нельзя. Но такие задачи относятся к области специальных расчетов, а поэтому выходят за рамки учебной ДИСЦИПЛИН1  [c.233]

Трение является сложным физическим явлением, а значение силы трения Р зависит от многих факторов, в частности от наличия на трущихся поверхностях смазки. Сухое трение наблюдается при отсутствии промежуточного с.юя смазки такой вид трения в механиз.мах встречается весьма редко. Если слой смазки полностью разделяет трущиеся поверхности, такой вид трения называют жидкостным, -[асто в механизмах встречается трение, при которо.м слой смазки лишь частично разделяет труигиеся поверхности. Такой вид трения называется полусухи.и и встречается во фрикционных передачах, клиновых соединениях и т. д. Наконец, при граничном трении толщина слоя смазки не превышает 0,1 мкм при этом поверхности покрыты тонким молекулярным слоем смазки.  [c.70]

Назначение подшипников, их классификация. Дайте сравнительную оценку гюдшнппиков по виду трения.  [c.538]

---

Типы трения Рона Куртуса

SfC Home> Физика> Сила> Трение>

Рона Куртуса

Существует три основных типа трения : скольжения , качения и трения жидкости . Каждый может находиться в статическом (стационарном) или кинетическом (движущемся) режиме. Трение скольжения и качения касается перемещения объекта по поверхности другого объекта. При трении скольжения и качения один или оба объекта могут быть твердыми или мягкими.

Трение жидкости может касаться смазки между объектами, а также сопротивления между слоями жидкости.

Примечание : Некоторые источники утверждают, что существует четыре типа трения: статическое, скольжение, качение и текучая среда. Однако они упускают из виду тот факт, что и качение, и трение жидкости также могут находиться в статическом режиме трения.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

• Что такое трение скольжения?
• Каковы факторы трения качения?
• Каковы причины жидкостного трения?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц

---

---

Трение скольжения

Когда два сухих твердых предмета соприкасаются и прикладывается сила для скольжения одного предмета по другому, трение скольжения сопротивляется движению. Поверхности обычно относительно плоские, хотя часто видны неровности поверхности.

( Примечание : Если один или оба объекта влажные, происходит смазка и трение уменьшается. Эта ситуация является частью жидкостного трения , как объяснено ниже.)

Пример трения скольжения

Статический

Если толкающая сила F меньше, чем сила сопротивления трения F _r (записывается как F r ), движения нет, и объекты остаются статичными по отношению друг к другу. В этом случае трение считается трением покоя , что означает, что он не движется.

кинетическая

Если толкающая сила F больше силы трения F _r (записывается как F> F _r ), то объект будет скользить или перемещаться.Трение считается кинетическим трением , что означает трение движения.

Статическое трение больше кинетического

Что интересно, так это то, что статическое трение, удерживающее объект на месте, больше, чем кинетическое трение, которое замедляет движущийся объект. Другими словами, как только вы начинаете движение объекта, трение уменьшается на от статического трения, удерживающего объект на месте.

Вы видели это, пытаясь сдвинуть тяжелую коробку по полу.Двигаться может быть очень трудно, но как только он начинает скользить, его легче толкать.

Причины трения скольжения

Причинами трения скольжения являются молекулярное притяжение или адгезия между материалами, шероховатость поверхности материалов и сопротивление деформации в случае мягких материалов.

Трение качения

Когда колесо или шар соприкасаются с твердой поверхностью, и к колесу прилагается сила, статическое трение предотвращает скольжение колеса.Вместо этого колесо начнет вращаться. Когда колесо катится, начинает действовать другой тип трения. Трение качения — это сила сопротивления, которая замедляет движение колеса на другой твердой поверхности. Это отличается от статического или кинетического трения. В значительной степени трение качения вызвано адгезией между поверхностями.

Начало прокатки

Когда сила, приложенная к колесу, недостаточна для преодоления статической силы трения, колесо начинает катиться.

Дополнительную информацию см. В разделе «Роль трения в начале качения».)

Если сила превышает статическое сопротивление, колесо будет скользить или вращаться. Он также будет катиться, но не с такой скоростью, как при статическом трении.

Хорошим примером этого является ускорение автомобиля по мокрому асфальту. Слишком сильное нажатие на педаль акселератора приведет к пробуксовке колес, и автомобиль не будет двигаться вперед так быстро, как если бы вы меньше нажимали на педаль газа.

Медленное качение

Когда колесо катится, трение в точке контакта с другой поверхностью замедляет движение колеса.Обычно трение качения намного меньше трения скольжения. Колесо может прокатиться на некоторое расстояние, прежде чем замедлится и остановится.

Но бывают ситуации, когда трение качения может быть большим. Попытка ехать на велосипеде по рыхлой грязи — пример того, как трение сильно замедляет качение.

Трение качения меньше трения скольжения

Преимущество трения качения состоит в том, что сила сопротивления намного меньше трения скольжения.

Когда Великие пирамиды строились в Древнем Египте, они использовали бревна в качестве роликов под гигантскими гранитными блоками, вместо того, чтобы пытаться скользить камнями по земле.

Ролики уменьшают трение при перемещении гранитного блока

Причины трения качения

Причины трения качения аналогичны причинам трения скольжения. Это молекулярное притяжение или адгезия между материалами, шероховатость поверхности материалов и сопротивление деформации в случае мягких материалов.

Трение жидкости

Когда твердый объект находится в контакте с текучей средой, такой как жидкость или газ, и к объекту или к текучей среде применяется сила, возникает сила трения, которая сопротивляется движению.Примерами жидкостного трения являются вода, протекающая по шлангу, самолет, летящий в атмосфере, и смазка движущихся частей маслом.

Статическая и кинетическая

Если вязкость или толщина жидкости велика, движение может отсутствовать из-за статического трения. Один из примеров — попытка пропустить густую смазку через шланг. Вам нужно приложить большое давление, чтобы наконец сломать статическое трение и начать движение смазки.

Когда жидкость движется через шланг или объект движется по жидкости, сопротивление считается кинетическим трением.Смазка по-прежнему будет двигаться намного медленнее, чем жидкость с низкой вязкостью, например вода.

Примечание , что также возможно иметь жидкостное трение при перемещении одной жидкости в контакте с другой жидкостью. Этот предмет обычно классифицируется как часть гидродинамики и выходит за рамки наших уроков.

Причины жидкостного трения

Причинами трения жидкости являются эффекты турбулентности из-за шероховатости и деформации поверхности, молекулярное притяжение или адгезия между материалами и сопротивление жидкости деформации.Это сопротивление деформации называется его вязкостью.

Сводка

Трение — это сила, препятствующая движению объекта, находящегося в контакте с другим объектом или материалом. Различают трение скольжения, качения и трение жидкости. Когда объекты не двигаются, трение называется статическим. Когда они движутся, трение называется кинетическим. Причина трения — сочетание эффектов молекулярной адгезии, шероховатости поверхности и деформации.

---

Не позволяйте силам сопротивления других замедлять вас

---

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайтов

Ресурсы трения — Обширный список

Книги

(Примечание: Школа чемпионов может получать комиссионные от покупки книг)

Книги с самым высоким рейтингом по науке о трении

Книги с наивысшими оценками по экспериментам с трением

---

Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

---

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
friction_types.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.

Авторские права © Ограничения

---

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Фрикционные темы

Типы трения

---

Что такое трение? — Определение, формула и силы — Видео и стенограмма урока

Силы и движение

Посмотрите на эту диаграмму.Сначала книга находится в покое. Толчок заставляет книгу скользить по столу. Сила толчка (большая F) заставляет книгу двигаться. Когда книга скользит по столу, сила трения (f) действует в противоположном направлении. Трение замедляет движение книги. Наконец, книга снова отдыхает.

Типы трения

Существуют разные типы трения. Книга, движущаяся по столу, является примером трения скольжения .Когда книга скользит по столу, нижняя часть книги касается стола. Источником трения является контакт между поверхностью книги и столом. Вес объекта и тип поверхности, по которой он перемещается, определяют величину трения скольжения между двумя объектами. Тяжелый предмет оказывает большее давление на поверхность, по которой он скользит, поэтому трение скольжения будет больше.

Воздух, вода и масло — это жидкости. Сопротивление воздуха типа жидкостного трения .Когда объект падает, сопротивление воздуха толкает его вверх.

Когда вы едете на велосипеде, контакт колеса с дорогой является примером трения качения . Когда объект катится по поверхности, сила, необходимая для преодоления трения качения, намного меньше, чем сила, необходимая для преодоления трения скольжения.

Кинетическое трение

Когда вы перемещали книгу по столу, она испытывала трение, которое действует на движущиеся объекты. Эта сила известна как кинетическая сила трения .Он действует на одну поверхность другой, когда две поверхности трутся друг о друга, потому что одна или обе поверхности движутся. Если вы сложите дополнительные книги поверх первой, чтобы увеличить нормальную силу, кинетическая сила трения увеличится. Давайте посмотрим на формулу для кинетической силы трения .

Между кинетической силой трения и нормальной силой существует линейная зависимость. Коэффициент кинетического трения связывает силу трения с нормальной силой.Кинетическая сила трения (F (f, кинетическая)) равна произведению коэффициента кинетического трения (µ (k)) и нормальной силы (F (N)). F (f, кинетический) = µ (k) * F (N)

Статическое трение

Представьте, что вы пытаетесь толкнуть диван по полу. Вы надавливаете на него с небольшой силой, но он не двигается. Это потому, что он не ускоряется. Законы Ньютона говорят вам, что результирующая сила, действующая на кушетку, должна быть равна нулю. На кушетку должна действовать вторая горизонтальная сила, противодействующая вашей силе и равная по размеру.Эта сила равна , сила трения покоя , которая представляет собой силу, прилагаемую к поверхности другим, когда нет движения между двумя поверхностями.

Сила статического трения действует в ответ на силу, которая пытается заставить неподвижный объект начать движение. Если на объект не действует такая сила, сила статического трения равна нулю. Если есть сила, пытающаяся вызвать движение, сила статического трения увеличится до максимального значения, прежде чем она будет преодолена и движение начнется.

Теперь давайте посмотрим на формулу для силы статического трения .Сила статического трения (F (f, static)) меньше или равна произведению коэффициента статического трения (µ (s)) на нормальную силу (F (N)).

Максимальная сила статического трения связана с нормальной силой аналогично кинетической силе трения. В уравнении для максимальной силы трения покоя , µ (с) — это коэффициент трения покоя между двумя поверхностями. Максимальная сила статического трения, которую необходимо преодолеть до начала движения, составляет µ (s) * F (N).В примере с толканием кушетки максимальная сила статического трения уравновешивает силу человека, толкающего кушетку за мгновение до того, как кушетка начинает двигаться.

Измерение коэффициентов трения

От чего зависит сила трения? Материалы, из которых изготовлены поверхности, играют роль. Например, представьте, что вы пытаетесь играть в баскетбол, надев носки вместо спортивной обуви. Вы бы поскользнулись и скользили по баскетбольной площадке. Обувь помогает обеспечить силы, необходимые для быстрого изменения направления при беге вверх и вниз по площадке.Между вашей обувью и бетоном больше реакции, чем между носками и полированным деревянным полом.

В этой таблице показаны коэффициенты статического трения (µ (s)) и коэффициенты кинетического трения (µ (k)) между различными поверхностями. Коэффициенты трения показывают, насколько легко один объект может скользить по другому. Эти коэффициенты являются оценками для каждой комбинации поверхностей. Точные измерения коэффициентов трения весьма чувствительны к состоянию поверхностей и определяются экспериментально.

Еще один важный факт, касающийся таблицы, заключается в том, что все измерения проводились на сухих поверхностях (за исключением смазанной стали). Влажные поверхности ведут себя иначе, чем сухие.

Причины трения

Все поверхности, даже кажущиеся гладкими, на микроскопическом уровне являются шероховатыми. Если вы посмотрите на фотографию кристалла графита, увеличенную с помощью сканирующего туннельного микроскопа, обнаруживаются неровности поверхности атомного уровня кристалла.Когда две поверхности соприкасаются, высокие точки на каждой соприкасаются и временно соединяются. Это источник трения. Детали этого процесса до сих пор неизвестны и являются предметом исследований как в физике, так и в технике.

Примеры трения

Мы уже рассмотрели некоторые примеры трения; мы говорили, что когда поверхность движущейся книги соприкасается со столом, возникает трение. Какие еще примеры и способы использования трения? На земле трение может быть очень полезным.Когда вы едете на велосипеде, трение между дорогой и колесами велосипеда удерживает велосипед в движении. Без трения вы не смогли бы передвигать велосипед. Если бы вы его переместили, вы не смогли бы его остановить. То же самое касается машин, поездов и даже ваших ног.

Популярным зимним видом спорта во многих частях страны является катание на коньках. Когда вы катаетесь на коньках, трение скольжения между коньками и льдом очень низкое и позволяет вам двигаться по льду. Слишком сильное трение помешает вам двигаться достаточно быстро, чтобы сохранить равновесие.

Иногда трение не помогает. Например, в двигателе автомобиля металлические части всегда соприкасаются. Слишком сильное трение между металлическими частями изнашивает детали и перегревает двигатель. Изношенные детали могут быть дорогими и опасными. Несколько методов используются для уменьшения трения в деталях машин. Один из способов — использовать шариковые подшипники. Шариковый подшипник — это гладкий круглый шар, помещенный между двумя поверхностями в машине. Мяч катится, когда поверхности движутся друг мимо друга. Трение направлено на очень маленькие поверхности катящихся шариков, а не непосредственно на две большие поверхности.Трение уменьшается, поскольку площадь контакта с катящимся шаром меньше.

Представьте, что две книги трутся друг о друга. Обложки книг изнашиваются из-за трения. Если вы поместите несколько шариков между двумя книгами, они все равно могут скользить друг мимо друга. Шарики уменьшают трение, поэтому покрытия не изнашиваются так быстро.

Обычно шариковые подшипники используются в наборах. Некоторые запаяны в детали. Некоторые смазаны, чтобы еще больше уменьшить трение. Вы, вероятно, используете что-то, в котором есть шарикоподшипники.Роликовые коньки и колеса для скейтборда, велосипеды и автомобильные детали используют шарикоподшипники для уменьшения трения.

Другой метод контроля трения — использование жидкостей. Жидкость может быть жидкостью или газом, например воздухом, находящимся между частями машины. Жидкость предохраняет поверхности от прямого контакта и снижает трение. Масло в автомобильном двигателе снижает износ деталей двигателя.

Итоги урока

Давайте рассмотрим. Чтобы остановить движущийся объект, сила должна действовать в направлении, противоположном движению. Трение — это сила, препятствующая движению объекта. Существуют различные типы трения, такие как статическое , жидкость и трение качения . Мы измеряем трение как кинетическое трение и трение покоя. Трение делает движение (и остановку!) Возможным, но трение также иногда может быть проблемой из-за износа.

Результаты обучения

Этот урок подготовил вас к:

• Определение и обсуждение трения
• Назовите и опишите три типа трения
• Используйте специальные формулы для приравнивания силы статического трения и кинетической силы трения
• Описать способы контроля трения

6 примеров трения в повседневной жизни — StudiousGuy

Вы когда-нибудь задумывались, что такое трение и сила? Как мы соотносим их с нашей повседневной деятельностью? С детства вы могли часто встречать термин «трение».«Один из лучших примеров — замедление движения автомобилей на дороге в сезон дождей. Трение — это естественное явление, возникающее при контакте двух предметов. Там, где есть трение, будет потеря энергии. Трение возникает из-за шероховатости трущейся поверхности. Во время трения молекулы на поверхности будут взаимодействовать друг с другом. Сила трения будет зависеть от материала трущейся поверхности. Это также зависит от скорости или интенсивности контакта двух поверхностей друг с другом.Чтобы преодолеть трение, нужно больше работать и прикладывать дополнительные усилия. Напротив, сила — это любое взаимодействие, которое имеет тенденцию изменять движение объекта.

Типы трения

Трение в целом подразделяется на три типа, а именно трение покоя, кинетическое трение и трение жидкости.

• Статическое трение возникает между двумя неподвижными объектами. Даже если к объектам приложить большую силу, они не будут двигаться.

• Кинетическое трение возникает между движущимися объектами, то есть когда один объект движется по другому объекту.Хороший пример — когда вы едете на велосипеде по дороге. Колеса велосипеда двигаются по дороге. Велосипед будет замедляться, пока не остановится. Двумя типами кинетического трения являются трение скольжения и трение качения.

• Трение жидкости — это тип трения, который действует между слоями вязкой жидкости; эти слои перемещаются относительно друг друга. Жидкости и газы входят в состав жидкостей.

Давайте обсудим примеры трения в повседневной жизни

1.Ходьба

Без трения между ботинками и землей нельзя нормально ходить. Если бы не было трения, все мы скользили бы, не имея никакого контроля над собой. Во время ходьбы вы отталкиваете ногу назад, пытаясь сделать шаг вперед. Трение удерживает вашу обувь на земле, поэтому вы можете ходить. Поскольку на льду присутствует лишь небольшое трение, часто бывает трудно ходить по скользкой поверхности льда.

2. Вождение автомобиля

При управлении транспортными средствами и велосипедами возникает трение между колесами транспортного средства и поверхностью, по которой оно движется.Коэффициент трения определяет «липкость» между двумя объектами. Если трение равно нулю, автомобиль не сможет двигаться вперед. Только из-за трения мы можем остановить наш автомобиль.

3. Написание

Все мы пишем ручкой или карандашом в повседневной жизни. Что происходит, когда вы держите ручку или карандаш? Вы когда-нибудь задумывались об этом? Если вам интересно, ответ на ваш вопрос заключается в явлении трения.Это трение позволяет нам писать. Сила трения создается, когда кончик ручки или карандаша соприкасается с поверхностью бумаги. В случае письма шариковой ручкой между шариком и чернилами действует какая-то сила сцепления. Когда вы начинаете писать шариковой ручкой на бумаге, шарик начинает катиться, и чернила оседают на поверхности бумаги. При качении шара в игру вступает трение качения. Тогда как при письме карандашом вступает в действие трение скольжения; и отложения свинца на бумаге.

Аналогичная концепция применима при использовании ластика. Вы прикладываете некоторую силу к ластику, которая помогает стереть желаемый контент.

4. Растирание рук для тепла

Вы могли заметить, что ваши руки становятся теплыми, если вы потираете их вместе в течение нескольких секунд? Трение вызывает тепло в ваших руках. Когда две руки соприкасаются и трутся друг о друга, возникает некоторое сопротивление, которое вступает в игру.Однако, если вы просто сложите руки вместе, сопротивления не будет, а значит, никакого трения. Скольжение поверхности кожи взад и вперед друг о друга заставляет молекулы в вашей коже двигаться немного быстрее. Температура будет увеличиваться, когда молекулы будут двигаться быстрее. Это причина того, что ваши руки становятся теплыми, когда вы их растираете.

5. Катание на коньках

Чтобы кататься на льду, необходимо иметь возможность скользить по льду.Большинство людей считают, что это скользкий лед, но на самом деле лед не менее хрупок, чем мягкий бетонный тротуар! Тонкая пленка воды под лезвием имеет решающее значение для скольжения конька. Оказывается, тепло, создаваемое трением лезвия конька о поверхность льда, заставляет часть льда таять прямо под лезвием, где фигурист скользит по льду. Под коньком эта вода действует как смазка, уменьшая трение и помогая скольжению конька. Отталкиваясь от льда с силой, перпендикулярной лезвию конька, фигурист продвигается вперед.

6 световых спичек

Головка спички содержит легковоспламеняющиеся химические вещества. Головка спички содержит серу, красный фосфор, стеклянный порошок и окислитель. При трении спичкой о шероховатую поверхность выделяется некоторое количество тепла, и этого тепла достаточно для превращения красного фосфора в белый фосфор. Поскольку белый фосфор легко воспламеняется, спичка воспламеняется. Спички обычно не загораются при w, потому что вода снижает трение.

Сила трения — определение, типы, формулы, примеры и решаемые проблемы

Сила трения — это сила, создаваемая двумя поверхностями, которые контактируют и скользят друг относительно друга. Эти силы в основном зависят от текстуры поверхности и количества силы, требующей их вместе. Угол и положение объекта влияют на величину силы трения.

Основная причина возникновения трения между объектами связана с силами притяжения, известными как адгезия, между точками соприкосновения поверхностей, которые всегда имеют незначительную неровность.Трение возникает из-за срезания этих «сплавленных» стыков и из-за действия неровностей более твердой поверхности, обрабатываемой по более мягкой поверхности.

Если объект прикладывают к объекту, сила трения будет равна весу объекта. Если объект прижимается к поверхности, сила трения увеличивается и становится больше, чем вес объекта. Полную силу трения, которую поверхность может приложить к объекту, можно легко измерить с помощью данной формулы:

F \ [_ {frict} \] = μ.F \ [_ {norm} \]

Два основных экспериментальных факта описывают трение скользящих твердых тел. Во-первых, величина трения практически не зависит от площади контакта. Если кирпич тянут по столу, сила трения одинакова независимо от того, лежит ли кирпич ровно или стоит дыбом. Во-вторых, трение прямо пропорционально весу, прижимающему поверхности друг к другу. Если по столу протянуть груз из трех кирпичей, трение будет в три раза больше, чем если вытащить один кирпич. Таким образом, отношение трения F к нагрузке L одинаково.Это постоянное отношение называется коэффициентом трения и обычно обозначается греческой буквой мю (μ).

Математически μ = F / L. Поскольку трение и нагрузка рассчитываются в единицах силы (например, фунтах или ньютонах), коэффициент трения безразмерен. Значение коэффициента трения для случая, когда один или несколько кирпичей скользят по чистому деревянному столу, составляет около 0,5, что указывает на то, что сила, равная половине веса кирпичей, требуется только для преодоления трения и удержания кирпичей в движении. вперед с постоянной скоростью.Сила трения направлена ​​противоположно движению объекта. Поскольку до сих пор описанное трение возрастает между поверхностями при относительном движении, это называется кинетическим трением.

Типы сил трения

Трение — это сила, которая конкурирует с движением между любыми поверхностями, которые соприкасаются с основанием. Между твердыми поверхностями возникает статическое, кинетическое трение, трение скольжения и качения. Трение жидкости имеет место в жидкостях и газах. Ниже описаны все четыре типа трения:

1.Сухое трение

1. Статическое трение

2. Кинетическое трение

3. Трение качения

4. Трение скольжения

2. Трение жидкости

2. Трение жидкости при сухом трении

поверхность скользит по другой твердой поверхности. Сухое трение всегда противопоставляет скользящие поверхности друг другу и может иметь эффект любого встречного движения или вызывать движение тел.Чаще всего для сухого трения используется кулоновское трение. Этот вид трения можно далее разделить на трение покоя и кинетическое трение. Эти два типа трения поясняются на диаграмме ниже. Сначала представьте коробку на поверхности. Толкающая сила прилагается параллельно к поверхности и медленно увеличивается. На ящик также действуют гравитационная сила, нормальная сила и сила трения.

(a) Статическое трение

Статическое трение возникает раньше, когда коробка проскальзывает и перемещается.В этой области сила трения будет равна по масштабу и противоположна по направлению самой толкающей силе. По мере того как степень толкающей силы увеличивается, увеличивается и сила трения. Если величина толкающей силы продолжает расти, в конечном итоге коробка начнет соскальзывать. Когда коробка начинает скользить, тип трения, препятствующего движению коробки, меняется с трения покоя на то, что называется кинетическим трением. Точка перед проскальзыванием ящика называется препятствующим движением. Это также можно принять за максимальную силу статического трения перед проскальзыванием.Сумма максимальной силы статического трения равна статическому коэффициенту трения, умноженному на нормальную силу, существующую между коробкой и поверхностью. Этот коэффициент трения — это свойство, которое зависит от обоих материалов, и его обычно можно найти в таблицах.

Примеры статического трения

Статическое трение действует на два соприкасающихся тела, то есть одно тело над другим. Давайте рассмотрим несколько примеров из реальной жизни:

• Во время ходьбы обратное движение наших ног оказывает давление на дорогу, поскольку другая нога идет вперед.

• Статическое трение возникает, когда две ткани скользят друг по другу.

(b) Кинетическое трение

Кинетическое трение возникает за пределами точки приближающегося движения, когда коробка скользит. При кинетическом трении величина силы трения, противоположной движению, будет такой же, как кинетический коэффициент трения, умноженный на нормальную силу между коробкой и поверхностью. Кинетический коэффициент трения также зависит от двух соприкасающихся предметов, но почти всегда будет меньше статического коэффициента трения.

(c) Трение качения

Трение качения возникает, когда колесо, шарик или цилиндр свободно катятся по поверхности, как в шариковых и роликовых подшипниках. Основная причина трения при качении, по-видимому, заключается в распределении энергии, участвующей в скручивании объектов. Если твердый шарик катится по ровной поверхности, он несколько набит, а на ровной поверхности в местах соприкосновения есть неровности. Упругий изгиб или сжатие, возникающие в передней части соприкасающейся детали, является препятствием движению, которое не полностью компенсируется, поскольку вещества возвращаются к типичной форме в задней части.Внутренние потери в двух веществах параллельны потерям, которые не позволяют мячу отскочить обратно на уровень, с которого он был выпущен. Коэффициенты трения скольжения обычно в 100–1000 раз больше, чем коэффициенты трения качения для соответствующих материалов.

Примеры трения качения

Трение качения — это один из типов кинетического или динамического трения, который вступает в силу, когда одно тело перекатывается по другому. Например, когда круглый диск, колесо, кольцо или сфера катится по поверхности, сила, противодействующая его движению, представляет собой трение качения.

Другие примеры:

• Баскетбольный мяч, катящийся по площадке, через некоторое время останавливается.

• Шина, катящаяся по дороге, или колеса скейтборда, катящиеся по дороге, — все это примеры трения качения.

• Форма, размер и вес — факторы, влияющие на движение транспортных средств; например, у 20-колесного большегрузного грузовика будет более высокое трение качения, чем у TATA Nano Car.

• Покраска стен малярными валиками.

d) Трение скольжения

Трение скольжения — это трение, которое действует на предметы, когда они скользят по поверхности. Трение скольжения слабее, чем трение покоя. Вот почему легче сдвинуть оборудование по полу после того, как вы начали двигаться, чем заставить его двигаться в первую очередь. Трение скольжения может быть ценным. Например, вы используете трение скольжения, когда пишете пером. «Острие» ручки легко скользит по бумаге, но трение между ручкой и бумагой достаточно, чтобы оставить след.

Примеры трения скольжения

Когда объект скользит по другому, в игру вступает противодействующая сила — трение скольжения. Иллюстративные примеры трения скольжения следующие:

• Толкание газонного катка по траве.

• Трение рук друг о друга вызывает нагревание из-за трения скольжения.

• Открытие раздвижной двери / окна.

• Перетаскивание мышью по поверхности.

• Скользящий мел для рисования на полу.

• Скоростные автогонки.

Мы должны знать, что трение покоя — это самая сильная сила трения, за которой следует трение скольжения, а трение качения — самое слабое.

Трение жидкости

Трение жидкости происходит между слоями жидкости, движущимися друг напротив друга. Этот внутренний конфликт с потоком называется вязкостью. В повседневных терминах вязкость жидкости называется ее «толщиной».

Все жидкости обладают некоторым сопротивлением сдвигу и поэтому являются вязкими.Очень полезно использовать концепцию идеальной жидкости, не имеющей сопротивления сдвигу и, следовательно, не вязкой.

Примеры трения жидкости

• Во время плавания пловец испытывает противодействующую силу; эта сила и есть сила трения жидкости.

• Посасывая напиток через трубочку, вы испытываете некоторое трение; это трение — трение жидкости.

• Во время прыжков с парашютом парашют замедляется из-за сопротивления воздуха.

• Полет самолетика из бумаги.

Примеры жидкостного трения

Если между двумя тонкими стеклянными пластинами есть влажная поверхность, вы увидите, что пластины застревают и нижняя пластина не падает, если вы держите только верхнюю.

Как рассчитать силу трения:

Рассчитайте силу трения по формуле:

F = μn

Где N — нормальная сила, а μ — коэффициент трения для ваших инструментов, независимо от того, неподвижны они или движутся .Нормальная сила эквивалентна весу объекта, поэтому это также можно записать как:

F = мкм

Задано m — масса объекта, а g — ускорение свободного падения. Трение противодействует движению объекта.

Расчет силы трения:

Найдите нормальную силу.

«Нормальная» сила определяет силу, которую поверхность, на которую опирается объект, оказывает на объект. Для неподвижного объекта на плоской поверхности сила должна точно противостоять силе гравитации, в противном случае объект двигался бы в соответствии с законами движения Ньютона.«Нормальная» сила (Н) — это сила, которая это делает.

Он постоянно действует перпендикулярно поверхности. Это означает, что на неровной поверхности нормальная сила все равно будет направлена ​​прямо от поверхности, в то время как сила тяжести будет направлена ​​прямо вниз.

Нормальную силу в большинстве случаев можно просто определить следующим образом:

N = mg

Здесь m обозначает массу объекта, а g обозначает ускорение свободного падения, которое составляет 9,8 м / с².Это просто соответствует «весу» объекта.

Для неровных поверхностей сила нормальной силы уменьшается, чем больше наклон поверхность, поэтому формула принимает следующий вид:

N = mg cos (θ)

Где θ представляет угол, к которому наклонена поверхность.

Для простых расчетов рассмотрим плоскую поверхность с лежащим на ней деревянным бруском весом 2 кг. Нормальная сила будет направлена ​​прямо вверх (чтобы выдержать вес блока), и вы должны измерить:

Н = 2 кг × 9.8 Н / кг = 19,6 Н

Найдите правильный коэффициент.

Коэффициент зависит от объекта и конкретной ситуации, с которой вы работаете. Если объект еще не движется по поверхности, вы используете этот коэффициент статического трения μstatic, но если он движется, вы используете коэффициент трения скольжения μslide.

Обычно коэффициент трения скольжения меньше коэффициента трения покоя. Другими словами, легче сдвинуть то, что уже движется, чем сдвинуть неподвижное.

Характер материала также влияет на коэффициент. Например, если ранее деревянный брусок находился на кирпичной поверхности, коэффициент был бы 0,6, а для чистой древесины он может быть где-то от 0,25 до 0,5. Статический коэффициент трения льда о лед составляет 0,1. Опять же, коэффициент скольжения уменьшается еще больше, до 0,03 для льда по льду и 0,2 для дерева по дереву.

Формула силы трения состояния:

F = мкН

Например, рассмотрим деревянный брусок массой 2 кг на деревянном столе, который толкают с места.В этом случае вы можете использовать статический коэффициент с μ _static = от 0,25 до 0,5 для древесины. Принимая μ _static = 0,5, чтобы в полной мере использовать потенциальный эффект трения, и вспоминая N = 19,6 Н из предыдущего, сила составляет:

F = 0,5 × 19,6 N = 9,8 Н

Помните, что трение предлагает только сила противодействует движению, поэтому, если вы начнете слегка толкать его и станете более твердым, сила трения возрастет до максимального значения, которое вы только что рассчитали.Физики иногда отмечают Fmax, чтобы прояснить этот момент.

Когда блок находится в движении, вы используете μslide = 0,2, в данном случае:

F _slide = μ _slide N

= 0,2 × 19,6 N = 3,92 Н

Проблемы с силой трения:

Задача 1 — К 6-килограммовому ящику прилагается усилие 50 Н. Если коэффициент трения 0, 3, рассчитать ускорение коробки?

Решение 1– F _{нормальное} = 60 Н — 40 Н = 20 Н

Сила трения — F _трение = µ.F _{нормальный} = 0, 3.20N = 6N

Чистая сила в диапазоне от –Y до Y = ноль,

Но в направлении –X + X чистая сила не равна нулю

F _net = ma

F _нетто = ma

F _x — F _трение = ma

F _x — F _трение = ma

30 Н — 6 Н = 6 a

a = 4 м / с²

Проблема 2 — Блок массой M = 10 кг помещается на поверхность, наклоненную под углом θ = 45 °.

Отметим, что μs = 0,5 — это коэффициент статического трения между блоком и поверхностью.

Решение 2 — Минимальная сила, необходимая для остановки скольжения, — это минимальная сила, которая будет препятствовать скольжению блока вниз по склону.

F _мин = 10 г sin (45 °) — 10 г cos (45 °) x 0,5.

Максимальная сила, которая может быть приложена, не вызывая скольжения блока, — это максимальная сила, которая может быть приложена, не вызывая скольжения блока вверх по склону.

F _max = 10 г sin (45 °) + 10 г cos (45 °) x 0,5.

F _мин. = 34,65 Н, F _макс. = 103,94 Н

Трение — College Physics

Цели обучения

• Обсудите общие характеристики трения.
• Опишите различные типы трения.
• Рассчитайте величину статического и кинетического трения.

Трение — это сила, которая постоянно находится вокруг нас, которая препятствует относительному движению между контактирующими поверхностями, но также позволяет нам двигаться (что вы обнаружили, если когда-либо пытались ходить по льду).Хотя это обычная сила, поведение трения на самом деле очень сложно и до сих пор полностью не изучено. Мы должны во многом полагаться на наблюдения, чтобы понять, какое понимание мы можем получить. Однако мы все еще можем разобраться с его более элементарными общими характеристиками и понять обстоятельства, в которых он ведет себя.

Трение

Трение — это сила, которая препятствует относительному движению между контактирующими поверхностями.

Одна из наиболее простых характеристик трения заключается в том, что оно параллельно поверхности контакта между поверхностями и всегда в направлении, противоположном движению или попытке движения систем относительно друг друга.Если две поверхности соприкасаются и движутся относительно друг друга, трение между ними называется кинетическим трением. Например, трение замедляет скольжение хоккейной шайбы по льду. Но когда объекты неподвижны, статическое трение может действовать между ними; статическое трение обычно больше кинетического трения между поверхностями.

Кинетическое трение

Если две поверхности соприкасаются и движутся относительно друг друга, трение между ними называется кинетическим трением.

Представьте, например, что вы пытаетесь сдвинуть тяжелый ящик по бетонному полу — вы можете нажимать на ящик все сильнее и сильнее, не двигая его вообще. Это означает, что статическое трение реагирует на ваши действия — оно увеличивается, чтобы быть равным вашему толчку и в противоположном ему направлении. Но если вы, наконец, достаточно сильно надавите, ящик, кажется, внезапно соскользнет и начнет двигаться. Находясь в движении, легче удерживать его в движении, чем начать, что указывает на то, что кинетическая сила трения меньше, чем сила статического трения.Если вы добавите массу в ящик, например, поставив на него коробку, вам нужно будет толкать еще сильнее, чтобы он начал двигаться, а также чтобы он продолжал двигаться. Кроме того, если вы смазываете бетон маслом, вам будет легче запустить ящик и продолжать работу (как и следовало ожидать).

(рисунок) — это грубое графическое представление того, как возникает трение на границе раздела между двумя объектами. Осмотр этих поверхностей крупным планом показывает, что они шероховатые. Поэтому, когда вы нажимаете, чтобы заставить объект двигаться (в данном случае ящик), вы должны поднимать объект до тех пор, пока он не сможет проскочить вместе с только кончиками поверхности, отломать точки или сделать и то, и другое.Существенной силе можно противостоять трением без видимого движения. Чем сильнее прижимаются поверхности друг к другу (например, если на ящик ставится еще одна коробка), тем больше силы требуется для их перемещения. Частично трение происходит из-за сил сцепления между поверхностными молекулами двух объектов, которые объясняют зависимость трения от природы веществ. Адгезия зависит от контактирующих веществ и представляет собой сложный аспект физики поверхности. Когда объект движется, остается меньше точек соприкосновения (меньше прилипающих молекул), поэтому требуется меньшая сила, чтобы удерживать объект в движении.На малых, но ненулевых скоростях трение практически не зависит от скорости.

Силы трения, например, всегда противодействуют движению или попытке движения между соприкасающимися поверхностями. Трение возникает частично из-за шероховатости соприкасающихся поверхностей, как видно на увеличенном виде. Чтобы объект мог двигаться, он должен подняться до того места, где пики могут проскакивать по нижней поверхности. Таким образом, сила требуется только для того, чтобы привести объект в движение. Некоторые вершины будут сломаны, что также потребует силы для поддержания движения.Большая часть трения на самом деле возникает из-за сил притяжения между молекулами, составляющими два объекта, так что даже идеально гладкие поверхности не свободны от трения. Такие силы сцепления также зависят от веществ, из которых сделаны поверхности, что, например, объясняет, почему обувь с резиновой подошвой скользит меньше, чем обувь с кожаной подошвой.

Величина силы трения имеет две формы: одну для статических ситуаций (статическое трение), другую для движения (кинетическое трение).

Когда между объектами нет движения, величина статического трения равна

.

, где — коэффициент трения покоя, а — величина нормальной силы (сила, перпендикулярная поверхности).

Величина статического трения

Величина статического трения

где — коэффициент трения покоя, а — величина нормальной силы.

Символ означает, что меньше или равно , что означает, что статическое трение может иметь минимальное и максимальное значение.Статическое трение — это сила реакции, которая увеличивается, чтобы быть равной и противоположной любой приложенной силе, вплоть до своего максимального предела. Как только приложенная сила превысит, объект переместится. Таким образом,

Когда объект движется, величина кинетического трения равна

.

где — коэффициент кинетического трения. Система описывается как система, в которой трение ведет себя просто .

Величина кинетического трения

Величина кинетического трения определяется как

.

где — коэффициент кинетического трения.

Как видно на (Рисунок), коэффициенты кинетического трения меньше, чем их статические аналоги. То, что значения на (Рисунок) указаны только с одной или, максимум, двумя цифрами, является показателем приблизительного описания трения, даваемого двумя приведенными выше уравнениями.

Коэффициенты статического и кинетического трения

Система	Статическое трение	Кинетическое трение
Резина на сухом бетоне	1.0	0,7
Резина на мокром бетоне	0,7	0,5
Дерево по дереву	0,5	0,3
Вощеная древесина на мокром снегу	0,14	0,1
Металл по дереву	0,5	0,3
Сталь на стали (сухая)	0,6	0,3
Сталь на стали (промасленная)	0.05	0,03
Тефлон на стали	0,04	0,04
Кость смазана синовиальной жидкостью	0,016	0,015
Туфли по дереву	0,9	0,7
Обувь на льду	0,1	0,05
Лед на льду	0,1	0,03
Сталь на льду	0,04	0.02

Уравнения, приведенные ранее , включают зависимость трения от материалов и нормальной силы. Направление трения всегда противоположно направлению движения, параллельно поверхности между объектами и перпендикулярно нормальной силе. Например, если ящик, который вы пытаетесь толкнуть (с силой, параллельной полу), имеет массу 100 кг, то нормальная сила будет равна его весу, перпендикулярному полу. Если коэффициент трения покоя равен 0.45, вам придется приложить силу, параллельную полу, больше, чем при перемещении ящика. Когда есть движение, трение меньше, и коэффициент кинетического трения может быть 0,30, так что сила всего 290 Н () будет поддерживать его движение с постоянной скоростью. Если пол смазан, оба коэффициента будут значительно меньше, чем без смазки. Коэффициент трения — это величина, на единицу меньше, с величиной обычно от 0 до 1,0. Коэффициент трения зависит от двух соприкасающихся поверхностей.

Эксперимент на вынос

Найдите небольшой пластиковый предмет (например, контейнер для еды) и поставьте его на кухонный стол, легонько постучав по нему. Теперь обрызгайте стол водой, имитируя легкий дождь. Что происходит теперь, когда вы нажимаете на объект одинакового размера? Теперь добавьте несколько капель (растительного или оливкового) масла на поверхность воды и дайте такой же кран. Что происходит сейчас? Это последнее обстоятельство особенно важно для водителей, особенно после небольшого ливня.Почему?

Многие люди испытывали скользкость при ходьбе по льду. Однако многие части тела, особенно суставы, имеют гораздо меньшие коэффициенты трения — часто в три или четыре раза меньше, чем у льда. Сустав образован концами двух костей, которые соединены толстыми тканями. Коленный сустав образован костью голени (большеберцовая кость) и бедренной костью (бедренная кость). Бедро представляет собой шарообразный (на конце бедренной кости) и суставную впадину (часть таза). Концы костей в суставе покрыты хрящом, который обеспечивает гладкую, почти стеклянную поверхность.Суставы также производят жидкость (синовиальную жидкость), которая снижает трение и износ. Поврежденный или артритный сустав можно заменить искусственным суставом ((Рисунок)). Эти заменители могут быть изготовлены из металла (нержавеющая сталь или титан) или пластика (полиэтилен), также с очень малым коэффициентом трения.

Замена протеза коленного сустава — это процедура, которая проводится более 20 лет. На этом рисунке мы видим послеоперационные рентгеновские снимки протезирования правого коленного сустава. (Источник: Майк Бэрд, Flickr)

Другие природные лубриканты включают слюну, вырабатываемую во рту, чтобы помочь в процессе глотания, и скользкую слизь, находящуюся между органами в теле, позволяющую им свободно перемещаться друг мимо друга во время сердечных сокращений, во время дыхания и при движении человека.Искусственные лубриканты также распространены в больницах и врачебных клиниках. Например, когда выполняется ультразвуковое сканирование, гель, который соединяет датчик с кожей, также служит для смазывания поверхности между датчиком и кожей, тем самым снижая коэффициент трения между двумя поверхностями. Это позволяет датчику свободно перемещаться по коже.

Лыжные упражнения

Лыжник массой 62 кг спускается по снежному склону. Найдите коэффициент кинетического трения лыжника, если известно, что трение составляет 45.0 Н.

Стратегия

Величина кинетического трения была принята равной 45,0 Н. Кинетическое трение связано с нормальной силой как; таким образом, коэффициент кинетического трения можно найти, если мы сможем найти нормальную силу лыжника на склоне. Нормальная сила всегда перпендикулярна поверхности, и поскольку нет движения перпендикулярно поверхности, нормальная сила должна равняться составляющей веса лыжника, перпендикулярной склону. (См. Диаграмму лыжника и свободного тела на (Рисунок).)

То есть

Подставляя это в выражение для кинетического трения, получаем

, который теперь можно решить для коэффициента кинетического трения.

Решение

Решение дает

Подставляя известные значения в правую часть уравнения,

Обсуждение

Этот результат немного меньше, чем коэффициент, указанный на (Рисунок) для вощеной древесины на снегу, но все же разумен, поскольку значения коэффициентов трения могут сильно различаться.В подобных ситуациях, когда объект массы скользит по склону, составляющему угол с горизонтом, трение определяется величиной. В этих условиях все объекты будут скользить по склону с постоянным ускорением. Доказательство этого остается для задач и упражнений в этой главе.

Мы обсуждали, что когда объект опирается на горизонтальную поверхность, его поддерживает нормальная сила, величина которой равна его весу. Кроме того, простое трение всегда пропорционально нормальной силе.

Создание соединений: объяснение трения под микроскопом

Наиболее простые аспекты трения, о которых до сих пор говорилось, — это его макроскопические (крупномасштабные) характеристики. За последние несколько десятилетий в объяснении трения в атомном масштабе были достигнуты большие успехи. Исследователи обнаруживают, что атомная природа трения, по-видимому, имеет несколько фундаментальных характеристик. Эти характеристики не только объясняют некоторые из более простых аспектов трения — они также содержат потенциал для развития среды, почти свободной от трения, которая могла бы сэкономить сотни миллиардов долларов энергии, которая в настоящее время преобразуется (без необходимости) в тепло.

(рисунок) иллюстрирует одну макроскопическую характеристику трения, которая объясняется микроскопическими (мелкомасштабными) исследованиями. Мы отметили, что трение пропорционально нормальной силе, но не площади контакта, что несколько противоречит здравому смыслу. Когда две шероховатые поверхности соприкасаются, фактическая площадь контакта составляет крошечную долю от общей площади, поскольку соприкасаются только высокие точки. Когда прикладывается большая нормальная сила, фактическая площадь контакта увеличивается, и обнаруживается, что трение пропорционально этой площади.

Две соприкасающиеся шероховатые поверхности имеют гораздо меньшую площадь фактического контакта, чем их общая площадь. Когда нормальная сила больше в результате большей приложенной силы, площадь фактического контакта увеличивается, как и трение.

Но представление в атомном масштабе обещает объяснить гораздо больше, чем более простые особенности трения. Механизм генерации тепла сейчас определяется. Другими словами, почему при трении поверхности нагреваются? По сути, атомы связаны друг с другом, образуя решетки.Когда поверхность трутся, поверхностные атомы прилипают и заставляют атомные решетки вибрировать, по сути создавая звуковые волны, проникающие в материал. Звуковые волны уменьшаются с расстоянием, и их энергия преобразуется в тепло. Химические реакции, связанные с трением, также могут происходить между атомами и молекулами на поверхностях. (Рисунок) показывает, как кончик зонда, проведенный по другому материалу, деформируется трением атомного масштаба. Сила, необходимая для перетаскивания наконечника, может быть измерена и, как выяснилось, связана с напряжением сдвига, которое будет обсуждаться позже в этой главе.Изменение напряжения сдвига замечательно (более чем в 1 раз) и трудно предсказать теоретически, но напряжение сдвига дает фундаментальное понимание крупномасштабного явления, известного с древних времен — трения.

Наконечник зонда деформируется вбок под действием силы трения, когда зонд волочится по поверхности. Измерения того, как сила изменяется для разных материалов, дают фундаментальное представление об атомной природе трения.

Исследования PhET: силы и движение

Узнайте, какие силы действуют, когда вы пытаетесь толкнуть шкаф для хранения документов.Создайте приложенную силу и посмотрите результирующую силу трения и общую силу, действующую на корпус. На графиках показаны силы, положение, скорость и ускорение в зависимости от времени. Нарисуйте схему свободного тела всех сил (включая гравитационные и нормальные силы). Щелкните, чтобы открыть мультимедиа в новом браузере.

Концептуальные вопросы

Определите нормальную силу. Каково его отношение к трению, когда трение ведет себя просто?

Клей на куске ленты может оказывать давление.Могут ли эти силы быть типом простого трения? Объясните, особенно учитывая, что лента может прилипать к вертикальным стенам и даже потолкам.

Когда вы учитесь водить машину, вы обнаруживаете, что вам нужно немного ослабить педаль тормоза, когда вы останавливаетесь, иначе автомобиль резко остановится. Объясните это с точки зрения взаимосвязи между статическим и кинетическим трением.

Когда вы толкаете мел по классной доске, он иногда визжит, потому что он быстро то скользит, то прилипает к доске.Опишите этот процесс более подробно, в частности, объясните, как он связан с тем фактом, что кинетическое трение меньше статического. (Тот же процесс проскальзывания-захвата происходит, когда шины скрипят о тротуар.)

Задачи и упражнения

Специалист по физике готовит завтрак, когда замечает, что сила трения между его стальной лопаткой и тефлоновой сковородой составляет всего 0,200 Н. Зная коэффициент кинетического трения между двумя материалами, он быстро вычисляет нормальную силу.Что это?

(a) При восстановлении двигателя своего автомобиля специалист по физике должен приложить 300 Н силы, чтобы вставить сухой стальной поршень в стальной цилиндр. Какова величина нормальной силы между поршнем и цилиндром? б) Какую величину силы ей пришлось бы приложить, если бы стальные детали были смазаны маслом?

(а) Какова максимальная сила трения в коленном суставе человека, который поддерживает 66,0 кг своей массы на этом колене? (б) Во время интенсивных упражнений к суставам можно приложить усилия, которые легко в десять раз превышают поддерживаемый вес.Какова максимальная сила трения в таких условиях? Силы трения в суставах относительно малы при любых обстоятельствах, за исключением случаев, когда суставы ухудшаются, например, в результате травмы или артрита. Повышенные силы трения могут вызвать дальнейшие повреждения и боль.

Предположим, у вас есть деревянный ящик весом 120 кг, стоящий на деревянном полу. а) Какую максимальную силу вы можете приложить к ящику по горизонтали, не перемещая его? (б) Если вы продолжите прилагать эту силу после того, как ящик начнет скользить, какова будет величина его ускорения?

(а) 588 с.

(б)

(a) Если половина веса небольшого грузового автомобиля поддерживается двумя его ведущими колесами, какова величина максимального ускорения, которого он может достичь на сухом бетоне? б) Будет ли металлический шкаф, лежащий на деревянной платформе грузовика, скользить, если он ускоряется с такой скоростью? (c) Решите обе проблемы, предполагая, что грузовик имеет полный привод.

Бригада из восьми собак тянет сани с вощеными деревянными полозьями по мокрому снегу (месиво!). Собаки имеют среднюю массу 19,0 кг, а груженые сани с наездником имеют массу 210 кг. (а) Рассчитайте величину ускорения, начиная с состояния покоя, если каждая собака прикладывает среднюю силу 185 Н назад по снегу. б) Какова величина ускорения, когда сани начинают двигаться? (c) Для обеих ситуаций рассчитайте величину силы сцепления между собаками и салазками.

(а) 3,29 м / с ²

(б) 3,52 м / с ²

(c) 980 N; 945 N

Покажите, что ускорение любого объекта по наклонной поверхности без трения, составляющей угол с горизонталью, равно. (Обратите внимание, что это ускорение не зависит от массы.)

Покажите, что ускорение любого объекта вниз по склону, где трение ведет себя просто (то есть где) равно. Обратите внимание, что ускорение не зависит от массы и сводится к выражению, найденному в предыдущей задаче, когда трение становится пренебрежимо малым.

Рассчитайте замедление снежной бордюры при подъеме на уклон, принимая коэффициент трения для вощеной древесины по мокрому снегу.Результат (Рисунок) может быть полезен, но будьте осторожны, учитывая тот факт, что снежный бордюр идет в гору. Ясно покажите, как вы следуете шагам, указанным в Стратегиях решения проблем.

(a) Рассчитайте ускорение лыжника, спускающегося по склону, принимая коэффициент трения вощеной древесины по мокрому снегу. (b) Найдите угол наклона, под которым лыжник может двигаться по инерции с постоянной скоростью. Сопротивлением воздуха в обеих частях можно пренебречь, и результат (рисунок) будет вам полезен.Ясно покажите, как вы следуете шагам, указанным в Стратегиях решения проблем.

Если объект должен стоять на склоне без скольжения, то трение должно равняться составляющей веса объекта, параллельной уклону. Это требует все большего и большего трения для более крутых склонов. Покажите, что максимальный угол наклона над горизонтом, при котором объект не будет скользить вниз, равен. Вы можете использовать результат предыдущей задачи. Предположим, что трение покоя достигло своего максимального значения.

Рассчитайте максимальное замедление автомобиля, движущегося по склону (с углом наклона к горизонтали) при следующих дорожных условиях. Вы можете предположить, что вес автомобиля равномерно распределен на все четыре шины и что учитывается коэффициент статического трения, то есть шины не могут проскальзывать во время замедления. (Не обращайте внимания на прокатку.) Рассчитайте для автомобиля: (a) На сухом бетоне. (б) На мокром бетоне. (c) На льду, если допустить, то же самое, что и для обуви на льду.

Рассчитайте максимальное ускорение автомобиля, движущегося вверх по склону (с углом наклона к горизонтали) при следующих дорожных условиях. Предположим, что только половина веса автомобиля поддерживается двумя ведущими колесами и что учитывается коэффициент статического трения, то есть шины не могут проскальзывать во время ускорения. (Не обращайте внимания на прокатку.) (A) На сухом бетоне. (б) На мокром бетоне. (c) На льду, если допустить, то же самое, что и для обуви на льду.

Повторите (рисунок) для автомобиля с полным приводом.

Рассмотрим альпиниста массой 52,0 кг на (Рисунок). (a) Найдите натяжение веревки и силу, которую альпинист должен приложить ногами к вертикальной поверхности скалы, чтобы оставаться в неподвижном состоянии. Предположим, что сила прилагается параллельно ее ногам. Также предположим, что ее руки оказывают незначительное усилие. б) Каков минимальный коэффициент трения между ее туфлями и обрывом?

Часть веса альпиниста поддерживается веревкой, а часть — трением между ногами и скалой.

Участник зимних спортивных соревнований толкает ледяной блок массой 45,0 кг через замерзшее озеро, как показано на (Рисунок) (а). (a) Рассчитайте минимальную силу, которую он должен приложить, чтобы заставить блок двигаться. б) Какова величина его ускорения, когда он начинает двигаться, если эта сила сохраняется?

(а)

(б)

Повторите (рисунок) с участником, тянущим ледяную глыбу с веревкой через плечо под тем же углом над горизонтом, как показано на (рисунок) (b).

Какой метод скольжения ледяной глыбы требует меньшего усилия — (а) толкать или (б) тянуть под тем же углом относительно горизонтали?

Какие примеры статического трения?

Ваше собственное тело может быть ярким примером статического трения. Вам интересно, почему вы не продолжаете двигаться, когда остановились? Когда вы останавливаетесь и стоите на месте, вы становитесь примером статического трения в действии. Тот же принцип действует, когда вы сидите на поверхности или ваше тело каким-либо образом остановлено.

Статическое трение действует между ногами и землей или полом, и это то, что не дает вам соскользнуть назад или выйти из-под вашего контроля, когда вы остановитесь. С вашей стороны требуется действие, чтобы снова начать движение, поэтому статическое трение удерживает вас на месте.

F Мебель на полу

Ваша мебель тяжелая, поэтому, поскольку она стоит на полу, вы не сможете передвинуть ее с помощью легчайшего прикосновения. Причина, по которой ваша мебель остается на полу без скольжения без причины, — это статическое трение.

Невозможно передвинуть мебель, не применив собственную силу. Статическое трение — это сила, которая не дает вашей мебели просто скользить по полу. В противном случае все, что находится на полу в вашем доме, будет двигаться при малейшем прикосновении или ударе.

A Автомобиль, остановившийся на ровной поверхности

Когда вы едете и останавливаете машину, вам нужно приложить трение, чтобы заставить машину остановиться. Но если вы находитесь на ровной поверхности и можете убрать ногу с педали тормоза, а машина не двигается, вы наблюдаете статическое трение во время работы.

На ровной дороге или подъездной дорожке статическое трение — это то, что удерживает ваш автомобиль от движения. Статическое трение между шинами и землей удерживает автомобиль на месте и не дает ему катиться. Если вы снимаете ногу с педали тормоза или снимаете машину с парковки, и она катится, вступает в действие другая форма трения.

A n Эксперимент по статическому трению, который вы можете попробовать

Вот эксперимент, в котором вы можете проверить принцип статического трения.Возьмите книгу с книжной полки и перенесите ее к стене в своей комнате. Если вы попытаетесь прислонить его к стене, не опираясь на него, он упадет на пол. Вы должны приложить свою силу к стене, чтобы она осталась.

Сила, которую вы прикладываете к книге, запускает принцип статического трения и позволяет книге оставаться на месте. Это похоже на ребенка, взбирающегося на дверной косяк. Он или она должны приложить силу своего веса к дверной коробке, чтобы вызвать статическое трение и предотвратить соскальзывание на пол.

O Типы трения

Есть три других типа трения, которые действуют на объекты по-разному. Трение скольжения — это тип трения, возникающий при скольжении предмета по поверхности. Очевидный пример — когда вы скользите по горке на детской площадке. Другой пример трения скольжения на работе — письмо ручкой или карандашом. Трение скольжения позволяет чернилам или грифелю попадать на бумагу, на которой вы пишете.

Трение качения — это именно то, что следует из его названия: трение, возникающее, когда предмет катится по поверхности.Вернемся к примеру с остановившимся автомобилем: если вы уберете ногу с педали тормоза и машина начнет движение, появится трение качения. Вот почему большинство видов наземного транспорта используют колеса.

Трение жидкости происходит, когда предмет движется через жидкость. Эта жидкость не обязательно должна быть жидкостью, потому что газы тоже действуют с жидкостным трением. Примеры этого типа трения включают замедление парашютиста, когда парашют раскрывается, и пловцов, чувствующих сопротивление, когда они водят руками по воде.

Трение — Энциклопедия Нового Мира

Трение — это сила, которая противодействует относительному движению или тенденции такого движения двух соприкасающихся поверхностей. Однако это не фундаментальная сила, поскольку она возникает из-за электромагнитных сил и силы обмена между атомами. В ситуациях, когда соприкасающиеся поверхности движутся относительно друг друга, трение между двумя объектами преобразует кинетическую энергию в чувствительную энергию или тепло (атомные колебания) .Трение между твердыми телами и жидкостями (газами или жидкостями) называется жидкостным трением.

Трение — чрезвычайно важная сила. Например, он позволяет нам ходить по земле без скольжения, помогает управлять автомобилями и другим наземным транспортом, а также удерживает гвозди, винты и гайки. С другой стороны, трение также вызывает износ контактирующих материалов.

Уравнения

Классическое приближение силы трения, известное как Кулоновское трение (названное в честь Шарля-Огюстена де Кулона), выражается как:

Ff = B.C.E. ; R {\ displaystyle F_ {f} = \ mu R \,},

где-

до н. Э. ; {\ displaystyle \ mu} — коэффициент трения,

R {\ displaystyle R} — сила реакции, нормальная к контактной поверхности,

Ff {\ displaystyle F_ {f}} — максимально возможная сила трения.

Эта сила действует в направлении, противоположном движению объекта.

Этот закон математически следует из того факта, что контактирующие поверхности имеют атомно близкие контакты только на чрезвычайно малой части их общей площади поверхности, и эта площадь контакта пропорциональна нагрузке (до насыщения, которое имеет место, когда вся площадь находится в атомном контакте, поэтому нет происходит дальнейшее увеличение силы трения).

Это простое (хотя и неполное) представление о трении подходит для анализа многих физических систем.

Коэффициент трения

Коэффициент трения (также известный как коэффициент трения ) — это безразмерная скалярная величина, которая описывает отношение силы трения между двумя телами и силы, прижимающей их друг к другу. Коэффициент трения зависит от используемых материалов — например, лед по металлу имеет низкий коэффициент трения (они легко скользят друг по другу), а резина по тротуару имеет высокий коэффициент трения (они не скользят друг по другу легко. ).Коэффициенты трения не должны быть меньше 1 — в хороших условиях шина по бетону может иметь коэффициент трения 1,7. Магнитно привлекательные поверхности могут иметь очень большие коэффициенты трения, и теоретически склеенные или сваренные вместе поверхности имеют бесконечные коэффициенты трения.

Трение скольжения (кинетическое) и трение покоя — это разные понятия. Для трения скольжения сила трения не зависит от площади контакта между двумя объектами. Это означает, что трение скольжения не зависит от размера площади контакта .

Когда поверхности являются адгезивными, кулоновское трение становится очень плохим приближением (например, прозрачная лента сопротивляется скольжению даже при отсутствии нормальной силы или отрицательной нормальной силы). В этом случае сила трения может зависеть от площади контакта. Некоторые шины для дрэг-рейсинга приклеиваются таким образом. ^[1]

Сила трения всегда действует в направлении, противоположном движению (для кинетического трения) или потенциальному движению (для статического трения) между двумя поверхностями.Например, камень для керлинга, скользящий по льду, испытывает статическую силу, замедляющую его движение. В качестве примера возможного движения ведущие колеса ускоряющегося автомобиля испытывают силу трения, направленную вперед; в противном случае колеса вращались бы, и резина скользила бы назад по тротуару. Обратите внимание, что это не направление движения транспортного средства, которому они противостоят, а направление (потенциального) скольжения между шиной и дорогой.

Коэффициент трения является эмпирическим измерением — он должен быть измерен экспериментально и не может быть определен путем расчетов.Более грубые поверхности обычно имеют более высокие значения. Комбинация большинства сухих материалов дает значения коэффициента трения от 0,3 до 0,6. Поддерживать значения за пределами этого диапазона сложно. Значение 0,0 означает, что трение отсутствует. Резина при контакте с другими поверхностями может иметь коэффициент трения от 1,0 до 2,0.

Коэффициент трения, умноженный на силу реакции на объект на контактной поверхности, даст максимальную силу трения, препятствующую скольжению по объекту.Однако, если сила, тянущая к объекту, меньше максимальной силы трения, тогда сила трения будет равна силе, тянущей к объекту. Вы должны тянуть с силой, превышающей максимальное значение трения, чтобы переместить объект.

Виды трения

Сила трения в механике — это сила, которая противодействует относительному движению объекта. Он направлен противоположно движению объекта.

Есть три типа сил трения.

1. Статическое трение — это трение, действующее на тело, когда оно не находится в движении, а когда на него действует сила. Статическое трение — это то же самое, что и приложенная сила (потому что тело не движется). Статическое трение действует, потому что тело имеет тенденцию двигаться, когда к нему прилагается сила.
2. Предельное трение — это трение о тело непосредственно перед его движением. Обычно предельное трение самое высокое.
3. Кинетическое трение — это трение, которое действует на тело при движении.Кинетическое трение обычно меньше предельного.

Кинетическая сила трения на границе раздела твердое тело определяется выражением:

F = до н. Э. ; R {\ displaystyle \ F = \ mu R}

, где R — нормальная сила реакции, действующая между поверхностью раздела и объектом, и г. до н. Э. ; {\ displaystyle \ \ mu} — коэффициент кинетического трения. Значение коэффициента зависит от характера поверхностей.

Предельное трение определяется по формуле

F = B.C.E. ; maxR {\ displaystyle \ F = \ mu _ {max} R}

, где R — нормальная сила реакции, действующая между границей раздела и объектом, и г. до н. Э. ; max {\ displaystyle \ \ mu _ {max}} — коэффициент предельного трения.

Для жидкости сила трения прямо пропорциональна скорости объекта.

Статическое трение

Статическое трение возникает, когда два объекта не движутся относительно друг друга (как книга на столе).Коэффициент трения покоя обычно обозначается как μ _s . В начальной силе, заставляющей объект двигаться, часто преобладает статическое трение. Статическое трение в большинстве случаев выше кинетического.

Примеры статического трения:

Трение качения возникает, когда один объект «катится» по другому (как колеса автомобиля по земле). Это классифицируется как статическое трение, потому что пятно шины, контактирующее с землей, в любой точке, пока шина вращается, находится на неподвижно относительно земли.Коэффициент трения качения обычно обозначается как μ _r .

Ограничение трения — это максимальное значение статического трения или силы трения, которая действует, когда тело находится на грани движения по поверхности.

Кинетическое трение

Kinetic (или dynamic ) трение возникает, когда два объекта движутся относительно друг друга и трутся друг о друга (как салазки по земле).Коэффициент кинетического трения обычно обозначается как μ _k и обычно меньше коэффициента трения покоя. Однако с математической точки зрения разница между статическим и кинетическим трением не имеет большого значения: возьмите коэффициент трения, который зависит от скорости скольжения и равен 0 (статическое трение μ _s ) — предел кинетического трения μ _k для скорости, стремящейся к нулю.Тогда решение проблемы контакта с таким кулоновским трением решает также проблему с исходным μ _k и любым статическим трением, превышающим этот предел.

Поскольку трение всегда действует в направлении, противоположном движению, кинетическое трение всегда выполняет отрицательную работу.

Примеры кинетического трения:

• Трение скольжения — это когда два предмета трутся друг о друга. Положить книгу на стол и переместить ее — это пример трения скольжения

• Трение жидкости — это трение между твердым предметом, когда он движется через жидкость или газ.Сопротивление воздуха в самолете или воды у пловца — два примера жидкостного трения.

Уменьшение трения

Устройства

Такие устройства, как шарикоподшипники или ролики, могут изменить трение скольжения на гораздо меньшее трение качения за счет уменьшения точек контакта с объектом.

Методы

Один из приемов, используемых инженерами-железнодорожниками, — это резервирование поезда для создания слабины в соединениях между вагонами. Это позволяет локомотиву двигаться вперед и принимать на себя статическое трение только одного вагона за раз, а не всех вагонов сразу, таким образом распределяя силу статического трения с течением времени.

Обычно при перемещении объекта на расстояние: Чтобы минимизировать работу против статического трения, перемещение по возможности выполняется за один интервал. Чтобы свести к минимуму работу против кинетического трения, движение выполняется с минимально возможной скоростью. Это также минимизирует напряжение трения.

Смазочные материалы

Распространенным способом уменьшения трения является использование смазки, такой как масло или вода, которая помещается между двумя поверхностями, часто значительно снижая коэффициент трения.Наука о трении и смазке называется трибология . Смазочная технология — это когда смазочные материалы смешиваются с применением науки, особенно для промышленных или коммерческих целей.

В графите был обнаружен недавно обнаруженный эффект сверхсмазки. Это существенное уменьшение трения между двумя скользящими объектами, приближающееся к нулевому уровню (очень небольшое количество энергии трения все равно будет рассеиваться).

Смазочные материалы для преодоления трения не всегда должны быть жидкими, турбулентными жидкостями или порошкообразными твердыми веществами, такими как графит и тальк; Акустическая смазка фактически использует звук в качестве смазки.

Энергия трения

Согласно закону сохранения энергии, энергия не разрушается из-за трения, хотя она может быть потеряна для рассматриваемой системы. Энергия преобразуется из других форм в тепло. Скользящая хоккейная шайба останавливается из-за трения, поскольку ее кинетическая энергия превращается в тепло. Поскольку тепло быстро рассеивается, многие ранние философы, включая Аристотеля, ошибочно пришли к выводу, что движущиеся объекты теряют энергию без движущей силы.

Когда объект толкает по поверхности, энергия, преобразуемая в тепло, определяется по формуле:

E = R B.C.E.; kd {\ displaystyle E = R \ mu _ {k} d \,}

где

R — величина нормальной силы реакции,

μ _k — коэффициент кинетического трения ,

d — это расстояние, которое проходит объект при контакте с поверхностью.

Физическая деформация связана с трением. Хотя это может быть полезно, как и при полировке, это часто является проблемой, поскольку материалы изнашиваются и могут больше не выдерживать указанные допуски.

Работа, выполняемая трением, может трансформироваться в деформацию и нагрев, что в конечном итоге может повлиять на характеристики поверхности и сам коэффициент трения. В некоторых случаях трение может привести к плавлению твердых материалов.

См. Также

Банкноты

Список литературы

• Адамсон, Артур В. и Алиса П. Гаст. 1997. Физическая химия поверхности , 6-е изд. Нью-Йорк: Джон Вили. ISBN 0471148733
• Типлер, Пол А. и Джин Моска.2003. Физика для ученых и инженеров: стандартная версия , 5-е изд. Нью-Йорк: В. Х. Фриман. ISBN 0716783398

Внешние ссылки

Все ссылки получены 16 июня 2021 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства.Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, , так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедия Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

.