Fricația este un fenomen pe care îl întâlnim în viața de zi cu zi tot timpul. Este imposibil de determinat dacă frecarea este dăunătoare sau benefică. A face chiar și un pas pe gheață alunecoasă pare a fi o sarcină dificilă; mersul pe o suprafață aspră de asf alt este o plăcere. Piesele auto fără lubrifiere se uzează mult mai repede.
Studiul frecării, cunoașterea proprietăților sale de bază permite unei persoane să o folosească.
Forța de frecare în fizică
Forța care decurge din mișcarea sau încercarea de mișcare a unui corp pe suprafața altuia, îndreptată împotriva direcției de mișcare, aplicată corpurilor în mișcare, se numește forță de frecare. Modulul forței de frecare, a cărui formulă depinde de mulți parametri, variază în funcție de tipul de rezistență.
Se disting următoarele tipuri de frecare:
• odihnă;
• bilet;
• rulant.
Orice încercare de a muta un obiect greu (dulap, piatră) de la locul lui duce la tensiunea forței unei persoane. În același timp, nu este întotdeauna posibil să puneți obiectul în mișcare. Frecarea de odihnă interferează cu aceasta.
Stare de odihnă
Formulă de calcul pentru forța de frecare staticănu ne permite să o determinăm suficient de exact. În virtutea celei de-a treia legi a lui Newton, mărimea forței de rezistență statică depinde de forța aplicată.
Pe măsură ce forța crește, crește și forța de frecare.
0 < Fprobleme de odihnă < Fmax
Fricarea în repaus previne căderea cuielor bătute în lemn; nasturii cusuți cu ață sunt ținuți ferm pe loc. Interesant este că rezistența odihnei este cea care permite unei persoane să meargă. Mai mult, este îndreptată în direcția mișcării umane, ceea ce contrazice starea generală a lucrurilor.
Fenomen de alunecare
Când forța externă care mișcă corpul crește la valoarea celei mai mari forțe de frecare statică, acesta începe să se miște. Forța de frecare de alunecare este considerată în procesul de alunecare a unui corp peste suprafața altuia. Valoarea sa depinde de proprietățile suprafețelor care interacționează și de forța acțiunii verticale asupra suprafeței.
Formula de calcul pentru forța de frecare de alunecare: F=ΜP, unde Μ este coeficientul de proporționalitate (frecare de alunecare), P este forța de presiune verticală (normală).
Una dintre forțele motrice este forța de frecare de alunecare, a cărei formulă este scrisă folosind forța de reacție a suportului. Datorită îndeplinirii celei de-a treia legi a lui Newton, forțele presiunii normale și reacția suportului sunt aceleași ca mărime și opuse ca direcție: Р=N.
Înainte de a găsi forța de frecare, a cărei formulă ia o formă diferită (F=M N), determinați forța de reacție.
Coeficientul de rezistență la alunecare este introdus experimental pentru două suprafețe de frecare, depinde de calitatea prelucrării acestora și de material.
Tabel. Valoarea coeficientului de rezistență pentru diferite suprafețe
| pp | Suprafețe care interacționează | Valoarea coeficientului de frecare de alunecare |
| 1 | Oțel+gheață | 0, 027 |
| 2 | Stejar+stejar | 0, 54 |
| 3 | Piele+fontă | 0, 28 |
| 4 | Bronz+fier | 0, 19 |
| 5 | Bronz+fontă | 0, 16 |
| 6 | Oțel+oțel | 0, 15 |
Cea mai mare forță de frecare statică, a cărei formulă a fost scrisă mai sus, poate fi determinată în același mod ca forța de frecare de alunecare.
Acest lucru devine important atunci când rezolvați probleme pentru a determina puterea rezistenței de antrenare. De exemplu, o carte, care este mișcată de o mână apăsată de sus, alunecă sub acțiunea forței de rezistență la odihnă care ia naștere între mână și carte. Cantitatea de rezistență depinde de valoarea forței de presiune verticală pe carte.
fenomen de rulare
Tranziția strămoșilor noștri de la târâși la care este considerată revoluționară. Invenția roții este cea mai mare invenție a omenirii. Frecarea de rulare care apare atunci când o roată se mișcă pe o suprafață este semnificativ inferioară rezistenței la alunecare.
Apariția forțelor de frecare de rulare este asociată cu forțele presiunii normale a roții pe suprafață, are o natură care o deosebește de alunecare. Datorită deformării ușoare a roții, apar diferite forțe de presiune în centrul zonei formate și de-a lungul marginilor acesteia. Această diferență de forțe determină apariția rezistenței la rulare.
Formula de calcul pentru forța de frecare de rulare este de obicei luată în mod similar cu procesul de alunecare. Diferența se vede doar în valorile coeficientului de rezistență.
Natura rezistenței
Când se modifică rugozitatea suprafețelor de frecare, se modifică și valoarea forței de frecare. La o mărire mare, două suprafețe în contact arată ca niște denivelări cu vârfuri ascuțite. Când sunt suprapuse, părțile proeminente ale corpului sunt în contact unele cu altele. Suprafața totală de contact este nesemnificativă. Când se mișcă sau se încearcă deplasarea corpurilor, „vârfurile” creează rezistență. Mărimea forței de frecare nu depinde de aria suprafețelor de contact.
Se pare că două suprafețe perfect netede nu ar trebui să experimenteze absolut nicio rezistență. În practică, forța de frecare în acest caz este maximă. Această discrepanță se explică prin natura originii forțelor. Acestea sunt forțe electromagnetice care acționează între atomii corpurilor care interacționează.
Procesele mecanice care nu sunt însoțite de frecare în natură sunt imposibile, deoarece capacitatea de a „opri”nu există interacțiune electrică între corpurile încărcate. Independenţa forţelor de rezistenţă faţă de poziţia reciprocă a corpurilor ne permite să le numim nepotenţiale.
Este interesant că forța de frecare, a cărei formulă se modifică în funcție de viteza corpurilor care interacționează, este proporțională cu pătratul vitezei corespunzătoare. Această forță include forța rezistenței vâscoase dintr-un fluid.
Mișcare în lichid și gaz
Mișcarea unui corp solid într-un lichid sau gaz, lichid lângă o suprafață solidă este însoțită de rezistență la vâscos. Apariția sa este asociată cu interacțiunea straturilor fluide antrenate de un corp solid în procesul de mișcare. Vitezele diferite ale stratului sunt o sursă de frecare vâscoasă. Particularitatea acestui fenomen este absența frecării statice a fluidului. Indiferent de amploarea influenței externe, corpul începe să se miște în timp ce se află în lichid.
În funcție de viteza de mișcare, forța de rezistență este determinată de viteza de mișcare, de forma corpului în mișcare și de vâscozitatea fluidului. Mișcarea în apă și ulei a aceluiași corp este însoțită de rezistență de diferite măreții.
Pentru viteze mici: F=kv, unde k este factorul de proporționalitate în funcție de dimensiunile liniare ale corpului și de proprietățile mediului, v este viteza corpului.
Temperatura fluidului afectează, de asemenea, frecarea din acesta. Pe vreme geroasă, mașina este încălzită astfel încât uleiul să se încălzească (vâscozitatea acestuia scade) și ajută la reducerea distrugerii pieselor motorului aflate în contact.
Măriți viteza
Creșterea semnificativă a vitezei corpului poate provoca apariția unor curgeri turbulente, în timp ce rezistența crește dramatic. Valorile sunt: pătratul vitezei de mișcare, densitatea mediului și suprafața corpului. Formula forței de frecare ia o formă diferită:
F=kv2, unde k este factorul de proporționalitate în funcție de forma corpului și de proprietățile mediului, v este viteza corpului.
Dacă corpul este raționalizat, turbulențele pot fi reduse. Forma corpului delfinilor și balenelor este un exemplu perfect al legilor naturii care afectează viteza animalelor.
Abordare energetică
A face munca de mișcare a corpului este împiedicată de rezistența mediului. Când se utilizează legea conservării energiei, ei spun că modificarea energiei mecanice este egală cu munca forțelor de frecare.
Lucrarea forței se calculează prin formula: A=Fscosα, unde F este forța sub care corpul se mișcă pe o distanță s, α este unghiul dintre direcțiile forței și deplasarea.
Evident, forța de rezistență este opusă mișcării corpului, de unde cosα=-1. Lucrarea forței de frecare, a cărei formulă este Atr=- Fs, valoarea este negativă. În acest caz, energia mecanică este convertită în energie internă (deformare, încălzire).
