Współczynnik tarcia podczas przesuwania i walcowania

W warunkach naziemnych wszelkie poruszające się ciała (lub wchodzące w ruch) stykają się ze środowiskiem lub z innymi organizmami. W tym przypadku są siły, które opierają się ich ruchowi. Siły te nazywane są siłami tarcia, przekładają część mechanicznej energii ruchu na energię wewnętrzną, której towarzyszy jest podgrzewanie ciała i środowiska.

Tarcie jest zewnętrzne i wewnętrzne. Wewnętrzna (zwana lepkością) polega na wymianie stycznej siły między ruchomymi warstwami cieczy lub gazu, które zakłócają to przesunięcie.

W przeciwieństwie do tego tarcie zewnętrzne powstaje w miejscach kontaktu stałych w postaci siły stycznej do ich powierzchni i utrudniając ich wzajemne przemieszczenie. To z kolei dzieli się na statyczne (tarcie spoczynku) i kinematyczne. Tarcie statyczne objawia się podczas próby przemieszczania jednego ciała stałego względem drugiego. Kinematyka istnieje między poruszającymi się ciałami w kontakcie ze sobą. Tarcie zewnętrzne można podzielić na tarcie i ślizganie.

Jakie jest fizyczne znaczenie tarcia? Czy jest to przydatne lub szkodliwe? Na pierwszy rzut oka tarcie tylko nas utrudnia: wymazywanie mechanizmów, zużycie opon samochodowych, podeszwy butów itp. A stworzenie maszyny do wiecznego ruchu jest niemożliwe tylko z tego powodu. Ale spójrz uważnie. Zniknięcie tarcia – nie możemy chodzić, przechylić książki, ani ruszać samochodu ani nie ruszać się. Ogromna liczba zjawisk fizycznych na świecie opiera się na tarciu. Dwa główne osiągnięcia ludzkości, które determinowały rozwój cywilizacji – wydobywanie ognia i wynalezienie koła – byłoby niemożliwe bez tego.

Zjawisko to jest oparte na nierówności jakiegokolwiek ciała: przy kontakcie z karbem zawsze trzyma się chropowatości drugiego. Dla idealnie gładkich (na przykład starannie uziemionych) powierzchni, blisko siebie, prawa tarcia molekularnego, oparte na wzajemnej atrakcyjności cząsteczek, działają.

Nauka o tribologii bada tarcie. W 1781 roku francuski fizyk S. Coulomb sformułował podstawowe prawa suchego tarcia. Eksperymentalnie naukowiec ustalił, że siła tarcia F, która występuje podczas przesuwania, jest wprost proporcjonalna do siły N działającej na ciało normalnego ciśnienia. Ten związek jest następujący:

N: F = k ∙ N;

Gdzie k jest współczynnikiem tarcia (współczynnik proporcjonalności). Jego wartość obliczono w następujący sposób: ciało umieszczono na pochylonej płaszczyźnie, a jej jednolity ruch osiągnięto przez zmianę kąta pochylenia . W tym przypadku siła tarcia F była równa siłom napędowym P:

F = P ∙ sin a;

Siła N (siła normalnego ciśnienia) wynosi P ∙ cos a; Dlatego k = tan a. Współczynnik tarcia jest więc stycznym kątem nachylenia powierzchni, wzdłuż której korpus ślizga się równomiernie, tzn. Przy stałej prędkości.

W praktyce jego wartość może być obliczona w przybliżeniu. Powierzchnie korpusów, co do zasady, są mniej lub bardziej zanieczyszczone, mają tlenki, rdzę i inne wtrącenia. Współczynnik tarcia, określany w parach dla kombinacji różnych materiałów w eksperymentach, jest zawarty w specjalnych tabelach odniesienia.

Podczas walcowania powstaje tarcie, ponieważ poruszające się koło jest lekko dociskane do powierzchni drogi, tj. Zmuszone do pokonania małej bryły. Im twardsze drogi, tym mniejsza ta garba i im mniejsza siła tarcia. Jego wartość oblicza się w tym przypadku wzorem: F = k ∙ N / r, w którym r jest promieniem koła. W konsekwencji współczynnik tarcia tocznego ma wymiar długości. Zwykle wyrażana jest w centymetrach w przeciwieństwie do współczynnika tarcia ślizgowego, który jest bezwymiarową ilością.

Jak wspomniano powyżej, współczynnik tarcia wewnętrznego istnieje nie tylko w przypadku ciał stałych, ale także cieczy. W hydraulice często konieczne jest wyliczenie strat specyficznej energii układów hydraulicznych powstających w rurociągu. Mogą to być dwa typy: straty długości występujące w prostych rurach o jednolitym przepływie oraz lokalne straty, których przyczyną jest deformacja przepływu spowodowana zmianami kształtu kanału (zwężenie, rozciąganie, zwoje). Straty hydrauliczne są obliczane przy użyciu podobnej wartości, zwanej "współczynnikiem tarcia hydraulicznego".