Orice mișcare în natură și tehnologie, care implică prezența contactului fizic între corpurile solide, este însoțită de frecare. În acest articol, vom oferi exemple de forță de frecare și vom arăta în ce cazuri joacă un rol util și în care este nedorită.
Ce tipuri de frecare între solide sunt
În acest articol, vom lua în considerare doar exemple de forțe de frecare care acționează între obiecte solide care au contact fizic între ele.
Unul dintre tipurile importante de frecare este frecarea statică. Pe baza numelui în sine, se poate presupune că se manifestă atunci când un corp se sprijină pe suprafața altuia. Toată lumea știe că, pentru a muta un obiect greu de la locul său, este necesar să se aplice o forță exterioară îndreptată de-a lungul suprafeței de contact a acestui obiect și a suprafeței pe care stă. Această forță este contracarată de forța de frecare statică. Acționează între suprafețele de contact ale corpurilor. Frecarea repausului apare din cauza prezenței rugozității pe suprafețele de atingere, indiferent cumnu erau netede.
Al doilea tip de frecare la care ne vom uita este frecarea de alunecare. Apare și din cauza rugozității menționate, când corpurile încep să se miște unele față de altele prin alunecare. Direcția și punctul de aplicare a forței de frecare de alunecare sunt exact aceleași ca pentru frecarea statică. Singura diferență dintre aceste forțe este că forța de alunecare este întotdeauna mai mică decât forța de repaus.
Al treilea tip de frecare, care joacă un rol nu mai mic în tehnologie decât primele două, este frecarea de rulare. După cum spune și numele, apare atunci când un corp se rostogolește pe suprafața altuia. Motivul frecării de rulare constă în histereza deformării, care duce la „dispersia” energiei cinetice a corpului de rulare. Într-un număr de cazuri practice, această forță de frecare este de 10-100 sau de mai multe ori mai mică decât tipurile anterioare de frecare considerate.
Toate tipurile de forțe de frecare sunt direct proporționale cu forța de reacție a suportului cu care aceasta din urmă acționează asupra corpului în cauză.
Dăunarea și beneficiul forței de frecare statică: exemple
Dintre toate tipurile de frecare numite, poate, frecarea statică este cea mai „inofensivă”. Faptul este că în practică joacă aproape întotdeauna un rol util. Singurul său punct negativ este că este mai mare decât frecarea de alunecare. Acest din urmă fapt înseamnă că pentru orice început de mișcare este necesar să se aplice un efort mare. De exemplu, pentru a începe să schiați pe zăpadă, mai întâi trebuie să le „smulgeți” de pe suprafața zăpezii.
Există multe exempleutilizarea forței de frecare statică. Să le enumerăm:
- Cuie și șuruburi care țin ferm două corpuri solide de lemn, plastic și metal împreună își îndeplinesc funcția prin acțiunea forței în cauză.
- Mersul unei persoane, conducerea mașinilor pe drumuri se datorează faptului că frecarea statică este mai mare decât frecarea de alunecare. În caz contrar, ne-ar fi greu să ne mișcăm, oamenii și vehiculele ar aluneca într-un singur loc.
- Orice corp care se sprijină pe suprafețe înclinate se datorează acțiunii frecării statice. Dacă acesta din urmă nu ar exista, atunci ar fi imposibil să pui frâna de mână pe o mașină în pantă sau pe orice obiect de uz casnic pe o masă care are o ușoară înclinare spre orizont.
Fricțiunea de alunecare și beneficiile acesteia
Spre deosebire de frecarea statică, care joacă în principal un rol pozitiv în viața umană, frecarea de alunecare este de obicei o forță dăunătoare. Cu toate acestea, pot fi date două exemple de forță utilă de frecare de alunecare:
- Deoarece frecarea de alunecare duce la încălzirea suprafeței obiectelor (cel mai natural și cel mai simplu mod de a transforma energia mecanică în căldură), acest efect poate fi folosit pentru a crește temperatura corpurilor. Așadar, în antichitate, strămoșii noștri făceau foc folosind frecare de alunecare.
- Când șoferul dorește să oprească vehiculul, el apasă pedala de frână. În acest caz, discurile de frână alunecă în interiorul jantei și încetinesc rotirea acesteia.
Dăunează frecarea de alunecare
Exemple de acțiune al frecării de alunecare sunt mișcarea unui dulap pe podea atunci când dorim să-l reamenajăm într-o cameră, alunecarea unui schior și a unui patinator, alunecarea roților unei mașini atunci când acestea sunt blocate. sau când conduceți pe un drum alunecos, alunecare între părțile de frecare ale mecanismelor diferitelor mașini.
În toate aceste cazuri, frecarea de alunecare joacă un rol dăunător. Aceste exemple de deteriorare a frecării de alunecare se datorează faptului că împiedică mișcarea mecanică și „mâncă” o anumită cantitate de energie cinetică (schiuri, patine, părți mobile ale mașinilor). În plus, conversia energiei mecanice în energie termică duce la încălzirea pieselor de frecare. O creștere a temperaturii lor duce la o modificare a structurii microscopice, care încalcă proprietățile materialelor. În cele din urmă, exemplele enumerate de forță de frecare de alunecare duc la uzura suprafețelor de frecare, la apariția unor caneluri nedorite pe acestea și la subțierea.
Fricarea de rulare și daunele și beneficiile acesteia
Dacă luăm în considerare la rădăcină întrebarea privind utilitatea forței de frecare de rulare, se dovedește că aceasta nu există deloc. Într-adevăr, frecarea de rulare previne întotdeauna rotația mecanică, duce la uzura pieselor de lucru și la încălzirea nedorită a acestora. Cu toate acestea, fenomenul de rulare este utilizat pe scară largă în inginerie (rulmenți, roți de vehicule). Acest lucru se explică prin faptul că forța de frecare de rulare este mult mai mică decât forța de alunecare similară, ceea ce își reduce scara cu ordine de mărime.influență dăunătoare.
Creșterea și scăderea forțelor de frecare
După cum am văzut mai sus în exemple, forțele de frecare statice și de alunecare sunt uneori utile și uneori dăunătoare. În acest sens, omenirea folosește de mult timp metode pentru a schimba scara frecării, atât în direcția creșterii forței corespunzătoare, cât și în direcția scăderii acesteia.
Exemple grozave de creștere a forței de frecare sunt stropirea cu nisip și sare pe gheața de pe drumuri. Ca urmare a acestor acțiuni, are loc o creștere a rugozității suprafeței gheții și, ca urmare, o creștere a forțelor de frecare statică și de alunecare.
O altă modalitate de a crește forțele în cauză este utilizarea suprafețelor speciale. Un exemplu izbitor este suprafața anvelopei de iarnă a unei mașini, care se caracterizează printr-o banda de rulare adâncă și prezența unor vârfuri metalice.
În timpul schiului, precum și în timpul rotației rulmenților cu diferite mecanisme, frecarea joacă un rol negativ. Pentru a o reduce, se folosesc lubrifianți speciali, de obicei pe bază de grăsimi (ceară, litol).
