Οποιαδήποτε επαφή μεταξύ δύο σωμάτων οδηγεί σε δύναμη τριβής. Σε αυτή την περίπτωση, δεν έχει σημασία σε ποια αθροιστική κατάσταση της ύλης βρίσκονται τα σώματα, αν κινούνται μεταξύ τους ή βρίσκονται σε ηρεμία. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε εν συντομία ποιοι τύποι τριβής υπάρχουν στη φύση και την τεχνολογία.
Τριβή ανάπαυσης
Για πολλούς, μπορεί να είναι περίεργη η ιδέα ότι η τριβή των σωμάτων υπάρχει ακόμα και όταν βρίσκονται σε ηρεμία το ένα σε σχέση με το άλλο. Επιπλέον, αυτή η δύναμη τριβής είναι η μεγαλύτερη δύναμη μεταξύ άλλων τύπων. Εκδηλώνεται όταν προσπαθούμε να μετακινήσουμε οποιοδήποτε αντικείμενο. Μπορεί να είναι ένα ξύλο, μια πέτρα ή ακόμα και ένας τροχός.
Ο λόγος για την ύπαρξη της στατικής δύναμης τριβής είναι η παρουσία ανωμαλιών στις επιφάνειες επαφής, οι οποίες αλληλεπιδρούν μηχανικά μεταξύ τους σύμφωνα με την αρχή κορυφής.
Η δύναμη στατικής τριβής υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
Ft1=μtN
Εδώ N είναι η αντίδραση του υποστηρίγματος με το οποίο η επιφάνεια δρα στο σώμα κατά μήκος του κανονικού. Η παράμετρος μt είναι ο συντελεστής τριβής. Εξαρτάται απότο υλικό των επιφανειών που έρχονται σε επαφή, η ποιότητα επεξεργασίας αυτών των επιφανειών, η θερμοκρασία τους και κάποιοι άλλοι παράγοντες.
Ο γραπτός τύπος δείχνει ότι η στατική δύναμη τριβής δεν εξαρτάται από την περιοχή επαφής. Η έκφραση για Ft1 σας επιτρέπει να υπολογίσετε τη λεγόμενη μέγιστη δύναμη. Σε ορισμένες πρακτικές περιπτώσεις, το Ft1 δεν είναι το μέγιστο. Είναι πάντα ίσο σε μέγεθος με την εξωτερική δύναμη που επιδιώκει να βγάλει το σώμα από την ηρεμία.
Η τριβή ανάπαυσης παίζει σημαντικό ρόλο στη ζωή. Χάρη σε αυτό, μπορούμε να κινηθούμε στο έδαφος, σπρώχνοντας από αυτό με τα πέλματα των ποδιών μας, χωρίς να γλιστρήσουμε. Τυχόν σώματα που βρίσκονται σε επίπεδα με κλίση προς τον ορίζοντα δεν γλιστρούν από πάνω τους λόγω της δύναμης Ft1.
Τριβή κατά την ολίσθηση
Ένας άλλος σημαντικός τύπος τριβής για ένα άτομο εκδηλώνεται όταν ένα σώμα γλιστρά πάνω από την επιφάνεια ενός άλλου. Αυτή η τριβή προκύπτει για τον ίδιο φυσικό λόγο με τη στατική τριβή. Επιπλέον, η δύναμή του υπολογίζεται χρησιμοποιώντας έναν παρόμοιο τύπο.
Ft2=μkN
Η μόνη διαφορά με τον προηγούμενο τύπο είναι η χρήση διαφορετικών συντελεστών για τριβή ολίσθησης μk. Οι συντελεστές μk είναι πάντα μικρότεροι από παρόμοιες παραμέτρους για στατική τριβή για το ίδιο ζεύγος επιφανειών τριβής. Στην πράξη, αυτό το γεγονός εκδηλώνεται ως εξής: μια σταδιακή αύξηση της εξωτερικής δύναμης οδηγεί σε αύξηση της τιμής του Ft1 μέχρι να φτάσει στη μέγιστη τιμή του. Μετά από αυτό αυτήπέφτει απότομα κατά αρκετές δεκάδες τοις εκατό στην τιμή Ft2 και διατηρείται σταθερή κατά τη διάρκεια της κίνησης του σώματος.
Ο συντελεστής μk εξαρτάται από τους ίδιους παράγοντες με την παράμετρο μt για στατική τριβή. Η δύναμη της τριβής ολίσθησης Ft2 πρακτικά δεν εξαρτάται από την ταχύτητα κίνησης των σωμάτων. Μόνο στις υψηλές ταχύτητες γίνεται αισθητή η μείωση.
Η σημασία της τριβής ολίσθησης για την ανθρώπινη ζωή μπορεί να φανεί σε παραδείγματα όπως το σκι ή το πατινάζ. Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο συντελεστής μk μειώνεται τροποποιώντας τις επιφάνειες τριβής. Αντίθετα, το ράντισμα δρόμων με αλάτι και άμμο στοχεύει στην αύξηση των τιμών των συντελεστών μk και μt.
Τριβή κύλισης
Αυτός είναι ένας από τους σημαντικούς τύπους τριβής για τη λειτουργία της σύγχρονης τεχνολογίας. Υπάρχει κατά την περιστροφή των ρουλεμάν και την κίνηση των τροχών των οχημάτων. Σε αντίθεση με την τριβή ολίσθησης και ηρεμίας, η τριβή κύλισης οφείλεται στην παραμόρφωση του τροχού κατά την κίνηση. Αυτή η παραμόρφωση, που εμφανίζεται στην ελαστική περιοχή, διαχέει ενέργεια ως αποτέλεσμα της υστέρησης, εκδηλώνοντας τον εαυτό της ως δύναμη τριβής κατά την κίνηση.
Ο υπολογισμός της μέγιστης δύναμης τριβής κύλισης πραγματοποιείται σύμφωνα με τον τύπο:
Ft3=d/RN
Δηλαδή, η δύναμη Ft3, όπως οι δυνάμεις Ft1 και Ft2, είναι ευθέως ανάλογη με την αντίδραση της στήριξης. Εξαρτάται όμως και από τη σκληρότητα των υλικών που έρχονται σε επαφή και την ακτίνα τροχού R. Η τιμήd ονομάζεται συντελεστής αντίστασης κύλισης. Σε αντίθεση με τους συντελεστές μk και μt, το d έχει τη διάσταση του μήκους.
Κατά κανόνα, ο αδιάστατος λόγος d/R αποδεικνύεται ότι είναι 1-2 τάξεις μεγέθους μικρότερος από την τιμή μk. Αυτό σημαίνει ότι η κίνηση των σωμάτων με τη βοήθεια της κύλισης είναι πολύ πιο ευνοϊκή ενεργειακά παρά με τη βοήθεια της ολίσθησης. Γι' αυτό η τριβή κύλισης χρησιμοποιείται σε όλες τις επιφάνειες τριβής μηχανισμών και μηχανών.
Γωνία τριβής
Και οι τρεις τύποι εκδηλώσεων τριβής που περιγράφονται παραπάνω χαρακτηρίζονται από μια ορισμένη δύναμη τριβής Ft, η οποία είναι ευθέως ανάλογη με το Ν. Και οι δύο δυνάμεις κατευθύνονται σε ορθές γωνίες η μία ως προς την άλλη. Η γωνία που σχηματίζει το διανυσματικό άθροισμά τους με την κάθετη προς την επιφάνεια ονομάζεται γωνία τριβής. Για να κατανοήσουμε τη σημασία του, ας χρησιμοποιήσουμε αυτόν τον ορισμό και ας τον γράψουμε σε μαθηματική μορφή, παίρνουμε:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Έτσι, η εφαπτομένη της γωνίας τριβής θ είναι ίση με τον συντελεστή τριβής k για έναν δεδομένο τύπο δύναμης. Αυτό σημαίνει ότι όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία θ, τόσο μεγαλύτερη είναι η ίδια η δύναμη τριβής.
Τριβή σε υγρά και αέρια
Όταν ένα στερεό σώμα κινείται σε αέριο ή υγρό μέσο, συγκρούεται συνεχώς με σωματίδια αυτού του μέσου. Αυτές οι συγκρούσεις, που συνοδεύονται από απώλεια της ταχύτητας του άκαμπτου σώματος, είναι η αιτία της τριβής σε υγρές ουσίες.
Αυτός ο τύπος τριβής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ταχύτητα. Έτσι, σε σχετικά χαμηλές ταχύτητες, η δύναμη τριβήςαποδεικνύεται ευθέως ανάλογη της ταχύτητας κίνησης v, ενώ στις υψηλές ταχύτητες μιλάμε για αναλογικότητα v2.
Υπάρχουν πολλά παραδείγματα αυτής της τριβής, από την κίνηση των σκαφών και των πλοίων μέχρι την πτήση των αεροσκαφών.
