Η τριβή είναι η δύναμη που αντιτίθεται στην κίνηση ενός αντικειμένου. Για να σταματήσει ένα κινούμενο αντικείμενο, η δύναμη πρέπει να ενεργεί προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κατεύθυνση της κίνησης. Για παράδειγμα, αν σπρώξετε μια μπάλα που βρίσκεται στο πάτωμα, αυτή θα κινηθεί. Η δύναμη της ώθησης το μετακινεί σε άλλο σημείο. Σταδιακά η μπάλα επιβραδύνεται και σταματά να κινείται. Η δύναμη που αντιτίθεται στην κίνηση ενός αντικειμένου ονομάζεται τριβή. Στη φύση και στην τεχνολογία, υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός παραδειγμάτων εφαρμογής αυτής της δύναμης.
Τύποι τριβής
Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι τριβής:
Μια λεπίδα σαλάχι που κινείται στον πάγο είναι ένα παράδειγμα ολίσθησης. Καθώς ο σκέιτερ κινείται γύρω από το παγοδρόμιο, το κάτω μέρος των πατινιών αγγίζει το πάτωμα. Η πηγή της τριβής είναι η επαφή μεταξύ της επιφάνειας της λεπίδας και του πάγου. Το βάρος ενός αντικειμένου και ο τύπος της επιφάνειας πάνω στην οποία κινείται καθορίζειη ποσότητα της ολίσθησης (τριβής) μεταξύ δύο αντικειμένων. Ένα βαρύ αντικείμενο ασκεί μεγαλύτερη πίεση στην επιφάνεια πάνω στην οποία γλιστράει, επομένως θα υπάρχει μεγαλύτερη τριβή ολίσθησης. Δεδομένου ότι η τριβή οφείλεται σε ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των επιφανειών των αντικειμένων, η ποσότητα της τριβής εξαρτάται από τα υλικά των δύο αντικειμένων που αλληλεπιδρούν. Δοκιμάστε να κάνετε πατινάζ σε μια ομαλή λίμνη και θα το βρείτε πολύ πιο εύκολο από το να κάνετε πατινάζ σε ανώμαλο χωματόδρομο
- Τριβή ηρεμίας (συνοχή) - η δύναμη που εμφανίζεται μεταξύ 2 σωμάτων που έρχονται σε επαφή και αποτρέπει την εμφάνιση κίνησης. Για παράδειγμα, για να μετακινήσετε μια ντουλάπα, να σφυρίσετε ένα καρφί ή να δέσετε κορδόνια, πρέπει να ξεπεράσετε τη δύναμη της πρόσφυσης. Υπάρχουν πολλά παρόμοια παραδείγματα τριβής στη φύση και την τεχνολογία.
- Όταν οδηγείτε ένα ποδήλατο, η επαφή μεταξύ του τροχού και του δρόμου είναι ένα παράδειγμα τριβής κύλισης. Όταν ένα αντικείμενο κυλά σε μια επιφάνεια, η δύναμη που απαιτείται για να ξεπεραστεί η τριβή κύλισης είναι πολύ μικρότερη από αυτή που απαιτείται για να ξεπεραστεί η ολίσθηση.
Κινητική τριβή
Όταν σπρώχνατε το βιβλίο στο τραπέζι και μετακινήθηκε σε μια ορισμένη απόσταση, βίωσε την τριβή των κινούμενων αντικειμένων. Αυτή η δύναμη είναι γνωστή ως κινητική δύναμη τριβής. Δρα στη μια επιφάνεια της άλλης όταν δύο επιφάνειες τρίβονται μεταξύ τους επειδή η μία ή και οι δύο επιφάνειες κινούνται. Εάν βάλετε επιπλέον βιβλία πάνω από το πρώτο βιβλίο για να αυξήσετε την κανονική δύναμη, η κινητική δύναμη τριβής θα είναιαύξηση.
Υπάρχει ο ακόλουθος τύπος: Ffriction=ΜFn. Η δύναμη της κινητικής τριβής είναι ίση με το γινόμενο του συντελεστή κινητικής τριβής και της κανονικής δύναμης. Υπάρχει μια γραμμική σχέση μεταξύ αυτών των δύο δυνάμεων. Ο συντελεστής κινητικής τριβής συσχετίζει τη δύναμη τριβής με την κανονική δύναμη. Εφόσον είναι δύναμη, η μονάδα μέτρησής της είναι ο Νεύτωνας.
Στατική τριβή
Φανταστείτε ότι προσπαθείτε να σπρώξετε έναν καναπέ στο πάτωμα. Το πατάς με λίγη δύναμη, αλλά δεν κουνιέται. Η δύναμη στατικής τριβής δρα ως απόκριση στη δύναμη, σε μια προσπάθεια να προκαλέσει κίνηση ενός ακίνητου αντικειμένου. Εάν δεν υπάρχει τέτοια δύναμη στο αντικείμενο, η στατική δύναμη τριβής είναι μηδέν. Εάν υπάρχει μια δύναμη που προσπαθεί να προκαλέσει κίνηση, τότε η δεύτερη θα αυξηθεί στη μέγιστη τιμή της πριν ξεπεραστεί και η κίνηση θα ξεκινήσει.
Τύπος για αυτήν την προβολή: Ffriction=ΜsFn. Η δύναμη στατικής τριβής είναι μικρότερη ή ίση με το γινόμενο του συντελεστή στατικής τριβής Μ (s) και της κανονικής δύναμης F (n). Στο παράδειγμα του καναπέ, η μέγιστη στατική δύναμη τριβής εξισορροπεί τη δύναμη του ατόμου που τον σπρώχνει μέχρι να αρχίσει να κινείται ο καναπές.
Μέτρηση συντελεστών τριβής
Τι καθορίζει τη δύναμη της τριβής; Στη φύση και την τεχνολογία, τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται οι επιφάνειες παίζουν ένα συγκεκριμένο ρόλο. Για παράδειγμα, φανταστείτε να προσπαθείτε να παίξετε μπάσκετ φορώντας κάλτσες αντί για αθλητικά παπούτσια. Μπορείεπιδεινώσει σημαντικά τις πιθανότητές σας να κερδίσετε. Το παπούτσι βοηθά στην παροχή της δύναμης που απαιτείται για το φρενάρισμα και την γρήγορη αλλαγή κατευθύνσεων ενώ τρέχετε στην επιφάνεια. Υπάρχει μεγαλύτερη τριβή ανάμεσα στα παπούτσια σας και ένα γήπεδο μπάσκετ παρά ανάμεσα στις κάλτσες σας και ένα γυαλισμένο ξύλινο πάτωμα.
Διάφοροι συντελεστές δείχνουν πόσο εύκολα ένα αντικείμενο μπορεί να γλιστρήσει πάνω από ένα άλλο. Οι ακριβείς μετρήσεις τους είναι αρκετά ευαίσθητες στις επιφανειακές συνθήκες και προσδιορίζονται πειραματικά. Οι υγρές επιφάνειες συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά από τις στεγνές επιφάνειες.
Φυσική: η δύναμη της τριβής στη φύση και την τεχνολογία
Αισθάνεστε τριβή όλη την ώρα και θα πρέπει να είστε χαρούμενοι που είναι δυνατό. Είναι αυτή η δύναμη που βοηθά στη διατήρηση ακίνητων αντικειμένων στη θέση τους και ένα άτομο δεν πέφτει όταν περπατά. Τι είναι η τριβή; Στη φύση και την τεχνολογία, παραδείγματα μπορούν να βρεθούν σε κάθε βήμα. Μπορεί να μην το συνειδητοποιείτε, αλλά είστε ήδη πολύ εξοικειωμένοι με αυτή τη δύναμη. Εμφανίζεται στην αντίθετη κατεύθυνση της κίνησης, και γι' αυτό, είναι μια δύναμη που επηρεάζει την κίνηση των αντικειμένων.
Όταν μετακινείτε το κουτί κατά μήκος του δαπέδου, η τριβή λειτουργεί ενάντια στο κουτί στην αντίθετη κατεύθυνση από το κουτί. Καθώς κατεβαίνετε ένα βουνό, η τριβή λειτουργεί ενάντια στην καθοδική σας κίνηση. Όταν πατάτε τα φρένα σε ένα αυτοκίνητο και συνεχίζετε να κινείστε για λίγο, η τριβή λειτουργεί αντίθετα προς την κατεύθυνση ολίσθησής σας, κάτι που βοηθά τελικά να σταματήσει τελείως η ολίσθηση.
Όταν δύο αντικείμενα «τρίβονται» μεταξύ τους, τίθενται δυνάμειςέλξη μεταξύ των μορίων των αντικειμένων, προκαλώντας τριβή. Στη φύση και την τεχνολογία, μπορεί να εμφανιστεί μεταξύ σχεδόν οποιωνδήποτε φάσεων της ύλης - στερεά, υγρά και αέρια. Η τριβή συμβαίνει μεταξύ δύο αντικειμένων, όπως ένα κουτί και ένα πάτωμα, αλλά μπορεί επίσης να συμβεί μεταξύ των ψαριών και του νερού στο οποίο κολυμπούν, και των αντικειμένων που πέφτουν στον αέρα. Η τριβή λόγω αέρα έχει ειδική ονομασία: αντίσταση αέρα.
Ο ρόλος της τριβής στη φύση, την τεχνολογία, τη ζωή
Η τριβή είναι αναπόσπαστο μέρος της ανθρώπινης εμπειρίας. Χρειαζόμαστε πρόσφυση για να περπατήσουμε, να σταθούμε, να εργαστούμε και να οδηγήσουμε. Ταυτόχρονα, χρειαζόμαστε ενέργεια για να ξεπεράσουμε την αντίσταση στην κίνηση, επομένως η υπερβολική τριβή απαιτεί υπερβολική ενέργεια για να κάνει δουλειά, με αποτέλεσμα την αναποτελεσματικότητα. Στον 21ο αιώνα, η ανθρωπότητα αντιμετωπίζει τις δίδυμες προκλήσεις της έλλειψης ενέργειας και της υπερθέρμανσης του πλανήτη από την καύση ορυκτών καυσίμων. Έτσι, η ικανότητα ελέγχου της τριβής έχει γίνει κορυφαία προτεραιότητα στον σημερινό κόσμο. Ωστόσο, πολλοί εξακολουθούν να μην κατανοούν τη θεμελιώδη φύση της τριβής.
Η τριβή στη φύση και την τεχνολογία (φυσική) ήταν πάντα αντικείμενο περιέργειας. Η εντατική μελέτη της προέλευσης αυτής της δύναμης ξεκίνησε τον 16ο αιώνα, μετά το πρωτοποριακό έργο του Λεονάρντο ντα Βίντσι. Ωστόσο, η πρόοδος στην κατανόηση της φύσης του ήταν αργή, λόγω της έλλειψης οργάνου για ακριβείς μετρήσεις. Τα έξυπνα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν από τον επιστήμονα Coulomb και άλλους έδωσαν σημαντικές πληροφορίες για να τεθούν τα θεμέλια για κατανόηση. Ξεκινώντας από τα τέλη του 1800 και αρχέςΟι ατμομηχανές, οι ατμομηχανές και στη συνέχεια τα αεροπλάνα εμφανίστηκαν τη δεκαετία του 1900. Επίσης, η εξερεύνηση του διαστήματος απαιτεί ξεκάθαρη κατανόηση της τριβής και την ικανότητα ελέγχου της.
Σημαντική πρόοδος στον τρόπο εφαρμογής και ελέγχου της τριβής στην τεχνολογία της φύσης, στην καθημερινή ζωή, έχει σημειωθεί μέσω δοκιμής και λάθους. Στις αρχές του 21ου αιώνα, μια νέα διάσταση της τριβής σε νανοκλίμακα εμφανίστηκε λόγω της χρήσης νανοτεχνολογιών. Η ανθρώπινη κατανόηση της ατομικής και μοριακής τριβής επεκτείνεται γρήγορα. Σήμερα, η ενεργειακή απόδοση και η παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας απαιτούν άμεση προσοχή, καθώς η επιστήμη προσπαθεί να μειώσει τις εκπομπές άνθρακα. Η ικανότητα ελέγχου της τριβής γίνεται ένα σημαντικό βήμα στην αναζήτηση βιώσιμων τεχνολογιών. Αυτός είναι ο δείκτης ενεργειακής απόδοσης. Εάν είναι δυνατό να μειωθούν οι περιττές απώλειες ενέργειας και να αυξηθεί η τρέχουσα ενεργειακή απόδοση, αυτό θα δώσει χρόνο για την ανάπτυξη εναλλακτικών πηγών ενέργειας.
Παραδείγματα τριβής στη ζωή
Η τριβή είναι μια δύναμη αντίστασης. Εμποδίζει την κίνηση ενός άλλου αντικειμένου ασκώντας κάποια δύναμη. Αλλά από πού πηγάζει αυτή η δύναμη; Πρώτον, αξίζει να αρχίσουμε να το εξετάζουμε από μοριακό επίπεδο. Η τριβή που βλέπουμε στην καθημερινή ζωή μπορεί να προκληθεί από την τραχύτητα της επιφάνειας. Αυτό πίστευαν οι επιστήμονες εδώ και πολύ καιρό ότι ήταν ο κύριος λόγος για την εμφάνισή του.
Τα πιο απλά παραδείγματα τριβής στη φύση και την τεχνολογία είναι τα ακόλουθα:
- Όταν περπατάτε, η τριβή το αναγκάζειεπηρεάζει το πέλμα, μας δίνει την ευκαιρία να προχωρήσουμε.
- Μια σκάλα που ακουμπάει σε έναν τοίχο δεν πέφτει στο πάτωμα.
- Άνθρωποι που δένουν τα κορδόνια τους.
- Χωρίς τη δύναμη της τριβής, τα αυτοκίνητα δεν θα μπορούσαν να οδηγήσουν όχι μόνο σε ανηφόρα, αλλά και σε επίπεδο δρόμο.
- Στη φύση, βοηθά τα ζώα να σκαρφαλώνουν στα δέντρα.
Υπάρχουν πολλά τέτοια σημεία, υπάρχουν και περιπτώσεις που αυτή η δύναμη, αντίθετα, μπορεί να παρέμβει. Για παράδειγμα, για τη μείωση της τριβής, δίνεται στα ψάρια ένα ειδικό λιπαντικό, χάρη στο οποίο, καθώς και το βελτιωμένο σχήμα του σώματος, μπορούν να κινούνται ομαλά στο νερό.
