Η τριβή είναι ένα φαινόμενο που συναντάμε συνεχώς στην καθημερινή ζωή. Είναι αδύνατο να προσδιοριστεί εάν η τριβή είναι επιβλαβής ή ωφέλιμη. Το να κάνεις έστω και ένα βήμα πάνω σε γλιστερό πάγο φαίνεται να είναι δύσκολο έργο· το περπάτημα σε μια τραχιά ασφάλτινη επιφάνεια είναι απόλαυση. Ανταλλακτικά αυτοκινήτου χωρίς λίπανση φθείρονται πολύ πιο γρήγορα.
Η μελέτη της τριβής, η γνώση των βασικών ιδιοτήτων της επιτρέπει σε ένα άτομο να τη χρησιμοποιήσει.
Η δύναμη της τριβής στη φυσική
Η δύναμη που προκύπτει από την κίνηση ή την προσπάθεια κίνησης ενός σώματος στην επιφάνεια ενός άλλου, που στρέφεται ενάντια στην κατεύθυνση της κίνησης, που εφαρμόζεται σε κινούμενα σώματα, ονομάζεται δύναμη τριβής. Ο συντελεστής δύναμης τριβής, ο τύπος του οποίου εξαρτάται από πολλές παραμέτρους, ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο της αντίστασης.
Διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι τριβής:
• ξεκούραση;
• γλίστρημα;
• τροχαίο.
Οποιαδήποτε προσπάθεια να μετακινήσετε ένα βαρύ αντικείμενο (ντουλάπι, πέτρα) από τη θέση του οδηγεί στην ένταση της δύναμης ενός ατόμου. Ταυτόχρονα, δεν είναι πάντα δυνατό να τεθεί το αντικείμενο σε κίνηση. Η τριβή της ανάπαυσης παρεμβαίνει σε αυτό.
Κατάσταση ανάπαυσης
Τύπος υπολογισμού για τη δύναμη στατικής τριβήςδεν μας επιτρέπει να το προσδιορίσουμε με αρκετή ακρίβεια. Δυνάμει του τρίτου νόμου του Νεύτωνα, το μέγεθος της στατικής δύναμης αντίστασης εξαρτάται από την εφαρμοζόμενη δύναμη.
Καθώς αυξάνεται η δύναμη, αυξάνεται και η δύναμη τριβής.
0 < Fπροβλήματα ξεκούρασης < Fmax
Η τριβή ανάπαυσης εμποδίζει τα καρφιά που έχουν κολλήσει στο ξύλο να πέσουν. κουμπιά ραμμένα με κλωστή συγκρατούνται σταθερά στη θέση τους. Είναι ενδιαφέρον ότι είναι η αντίσταση της ανάπαυσης που επιτρέπει σε ένα άτομο να περπατήσει. Επιπλέον, κατευθύνεται προς την κατεύθυνση της ανθρώπινης κίνησης, η οποία έρχεται σε αντίθεση με τη γενική κατάσταση των πραγμάτων.
Φαινόμενο ολίσθησης
Όταν η εξωτερική δύναμη που κινεί το σώμα αυξάνεται στην τιμή της μεγαλύτερης στατικής δύναμης τριβής, αρχίζει να κινείται. Η δύναμη της τριβής ολίσθησης θεωρείται κατά τη διαδικασία ολίσθησης ενός σώματος πάνω από την επιφάνεια ενός άλλου. Η τιμή του εξαρτάται από τις ιδιότητες των επιφανειών που αλληλεπιδρούν και τη δύναμη της κάθετης δράσης στην επιφάνεια.
Τύπος υπολογισμού για τη δύναμη της τριβής ολίσθησης: F=ΜP, όπου Μ είναι ο συντελεστής αναλογικότητας (τριβή ολίσθησης), P είναι η δύναμη της κατακόρυφης (κανονικής) πίεσης.
Μία από τις κινητήριες δυνάμεις είναι η δύναμη τριβής ολίσθησης, ο τύπος της οποίας γράφεται χρησιμοποιώντας τη δύναμη αντίδρασης του στηρίγματος. Λόγω της εκπλήρωσης του τρίτου νόμου του Νεύτωνα, οι δυνάμεις της κανονικής πίεσης και η αντίδραση του στηρίγματος είναι ίδιες σε μέγεθος και αντίθετες στην κατεύθυνση: Р=N.
Προτού βρείτε τη δύναμη τριβής, ο τύπος της οποίας έχει διαφορετική μορφή (F=M N), προσδιορίστε τη δύναμη αντίδρασης.
Ο συντελεστής αντίστασης ολίσθησης εισάγεται πειραματικά για δύο επιφάνειες τριβής, εξαρτάται από την ποιότητα της επεξεργασίας και του υλικού τους.
Πίνακας. Η τιμή του συντελεστή αντίστασης για διάφορες επιφάνειες
| pp | Αλληλεπιδρώντες επιφάνειες | Τιμή συντελεστή τριβής ολίσθησης |
| 1 | Χάλυβας+πάγος | 0, 027 |
| 2 | Δρυς+βελανιδιά | 0, 54 |
| 3 | Δέρμα+μαντέμι | 0, 28 |
| 4 | Χάλκινο+σίδερο | 0, 19 |
| 5 | Χάλκινος+χυτοσίδηρος | 0, 16 |
| 6 | Χάλυβας+χάλυβας | 0, 15 |
Η μεγαλύτερη δύναμη στατικής τριβής, ο τύπος της οποίας γράφτηκε παραπάνω, μπορεί να προσδιοριστεί με τον ίδιο τρόπο όπως η δύναμη της τριβής ολίσθησης.
Αυτό γίνεται σημαντικό κατά την επίλυση προβλημάτων για τον προσδιορισμό της αντοχής της αντίστασης οδήγησης. Για παράδειγμα, ένα βιβλίο, το οποίο κινείται με ένα χέρι που πιέζεται από πάνω, γλιστράει υπό τη δράση της δύναμης αντίστασης ανάπαυσης που προκύπτει μεταξύ του χεριού και του βιβλίου. Το μέγεθος της αντίστασης εξαρτάται από την τιμή της κατακόρυφης δύναμης πίεσης στο βιβλίο.
φαινόμενο κύλισης
Η μετάβαση των προγόνων μας από τα σέρβις στα άρματα θεωρείται επαναστατική. Η εφεύρεση του τροχού είναι η μεγαλύτερη εφεύρεση της ανθρωπότητας. Η τριβή κύλισης που συμβαίνει όταν ένας τροχός κινείται πάνω από μια επιφάνεια είναι σημαντικά κατώτερη σε μέγεθος από την αντίσταση ολίσθησης.
Η εμφάνιση των δυνάμεων τριβής κύλισης σχετίζεται με τις δυνάμεις της κανονικής πίεσης του τροχού στην επιφάνεια, έχει μια φύση που τη διακρίνει από την ολίσθηση. Λόγω της ελαφριάς παραμόρφωσης του τροχού, δημιουργούνται διαφορετικές δυνάμεις πίεσης στο κέντρο της διαμορφωμένης περιοχής και κατά μήκος των άκρων της. Αυτή η διαφορά στις δυνάμεις καθορίζει την εμφάνιση αντίστασης κύλισης.
Ο τύπος υπολογισμού για τη δύναμη τριβής κύλισης συνήθως λαμβάνεται παρόμοια με τη διαδικασία ολίσθησης. Η διαφορά φαίνεται μόνο στις τιμές του συντελεστή οπισθέλκουσας.
Η φύση της αντίστασης
Όταν αλλάζει η τραχύτητα των επιφανειών τριβής, αλλάζει και η τιμή της δύναμης τριβής. Σε υψηλή μεγέθυνση, δύο επιφάνειες σε επαφή μοιάζουν με εξογκώματα με αιχμηρές κορυφές. Όταν τοποθετούνται πάνω, είναι τα προεξέχοντα μέρη του σώματος που έρχονται σε επαφή μεταξύ τους. Η συνολική περιοχή επαφής είναι ασήμαντη. Όταν κινούνται ή επιχειρούν να μετακινήσουν σώματα, οι «κορυφές» δημιουργούν αντίσταση. Το μέγεθος της δύναμης τριβής δεν εξαρτάται από την περιοχή των επιφανειών επαφής.
Φαίνεται ότι δύο απόλυτα λείες επιφάνειες δεν πρέπει να παρουσιάζουν καμία απολύτως αντίσταση. Στην πράξη, η δύναμη τριβής σε αυτή την περίπτωση είναι μέγιστη. Αυτή η ασυμφωνία εξηγείται από τη φύση της προέλευσης των δυνάμεων. Αυτές είναι ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις που δρουν μεταξύ των ατόμων των σωμάτων που αλληλεπιδρούν.
Μηχανικές διεργασίες που δεν συνοδεύονται από τριβή στη φύση είναι αδύνατες, επειδή η ικανότητα "απενεργοποίησης"δεν υπάρχει ηλεκτρική αλληλεπίδραση μεταξύ φορτισμένων σωμάτων. Η ανεξαρτησία των δυνάμεων αντίστασης από την αμοιβαία θέση των σωμάτων μας επιτρέπει να τα ονομάζουμε μη δυνητικά.
Είναι ενδιαφέρον ότι η δύναμη τριβής, ο τύπος της οποίας αλλάζει ανάλογα με την ταχύτητα των σωμάτων που αλληλεπιδρούν, είναι ανάλογη με το τετράγωνο της αντίστοιχης ταχύτητας. Αυτή η δύναμη περιλαμβάνει τη δύναμη της ιξώδους αντίστασης σε ένα ρευστό.
Κίνηση σε υγρό και αέριο
Η κίνηση ενός στερεού σώματος σε υγρό ή αέριο, υγρό κοντά σε στερεά επιφάνεια συνοδεύεται από ιξώδη αντίσταση. Η εμφάνισή του σχετίζεται με την αλληλεπίδραση ρευστών στρωμάτων που παρασύρονται από ένα στερεό σώμα στη διαδικασία της κίνησης. Οι διαφορετικές ταχύτητες στρώσης αποτελούν πηγή ιξώδους τριβής. Η ιδιαιτερότητα αυτού του φαινομένου είναι η απουσία στατικής τριβής ρευστού. Ανεξάρτητα από το μέγεθος της εξωτερικής επιρροής, το σώμα αρχίζει να κινείται ενώ βρίσκεται στο υγρό.
Ανάλογα με την ταχύτητα κίνησης, η δύναμη αντίστασης καθορίζεται από την ταχύτητα κίνησης, το σχήμα του κινούμενου σώματος και το ιξώδες του ρευστού. Η κίνηση σε νερό και λάδι του ίδιου σώματος συνοδεύεται από αντίσταση διαφορετικού μεγαλείου.
Για χαμηλές ταχύτητες: F=kv, όπου k είναι ο συντελεστής αναλογικότητας ανάλογα με τις γραμμικές διαστάσεις του σώματος και τις ιδιότητες του μέσου, v είναι η ταχύτητα του σώματος.
Η θερμοκρασία του υγρού επηρεάζει επίσης την τριβή σε αυτό. Σε παγωμένο καιρό, το αυτοκίνητο ζεσταίνεται έτσι ώστε το λάδι να ζεσταθεί (το ιξώδες του μειώνεται) και συμβάλλει στη μείωση της καταστροφής των εξαρτημάτων του κινητήρα σε επαφή.
Ταχύτητα κίνησης
Σημαντική αύξηση της ταχύτητας του σώματος μπορεί να προκαλέσει την εμφάνιση τυρβωδών ροών, ενώ η αντίσταση αυξάνεται δραματικά. Οι τιμές είναι: το τετράγωνο της ταχύτητας κίνησης, η πυκνότητα του μέσου και η επιφάνεια του σώματος. Ο τύπος της δύναμης τριβής παίρνει διαφορετική μορφή:
F=kv2, όπου k είναι ο συντελεστής αναλογικότητας ανάλογα με το σχήμα του σώματος και τις ιδιότητες του μέσου, v είναι η ταχύτητα του σώματος.
Εάν το σώμα είναι εξορθολογισμένο, οι αναταράξεις μπορούν να μειωθούν. Το σχήμα του σώματος των δελφινιών και των φαλαινών είναι ένα τέλειο παράδειγμα των νόμων της φύσης που επηρεάζουν την ταχύτητα των ζώων.
Ενεργειακή Προσέγγιση
Το να κάνεις το έργο της κίνησης του σώματος εμποδίζεται από την αντίσταση του περιβάλλοντος. Όταν χρησιμοποιούν το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, λένε ότι η μεταβολή της μηχανικής ενέργειας είναι ίση με το έργο των δυνάμεων τριβής.
Το έργο της δύναμης υπολογίζεται με τον τύπο: A=Fscosα, όπου F είναι η δύναμη κάτω από την οποία το σώμα κινείται σε απόσταση s, α είναι η γωνία μεταξύ των κατευθύνσεων της δύναμης και της μετατόπισης.
Προφανώς, η δύναμη αντίστασης είναι αντίθετη από την κίνηση του σώματος, από όπου cosα=-1. Το έργο της δύναμης τριβής, ο τύπος της οποίας είναι Atr=- Fs, η τιμή είναι αρνητική. Σε αυτή την περίπτωση, η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε εσωτερική ενέργεια (παραμόρφωση, θέρμανση).
