Kas olete kunagi mõelnud, miks teie käed lähevad soojaks, kui neid kiiresti kokku hõõrute või miks võib kahe pulga kokku hõõrumine lõpuks tulekahju põhjustada? Vastus on hõõrdumine! Kui kaks pinda hõõruvad üksteise vastu, peavad nad mikroskoopilisel tasemel loomulikult vastu üksteise liikumisele. See takistus võib põhjustada energia vabanemist kuumuse kujul, käte soojendamist, tulekahju tekitamist jne. Mida suurem on hõõrdumine, seda rohkem energiat vabaneb, nii et teadmine, kuidas suurendada hõõrdumist mehaanilise süsteemi liikuvate osade vahel, võib potentsiaalselt võimaldada teil tekitada palju soojust!
1
Looge “karedam” või rohkem kleepuvat kokkupuutepunkt. Kui kaks materjali libisevad või hõõruvad üksteise vastu, võib juhtuda kolm asja: väikesed nurgad, lõhed ja ebatasasused pindadel võivad üksteise külge kinni jääda; üks või mõlemad pinnad võivad deformeeruda. vastuseks liikumisele ja lõpuks võivad igal pinnal olevad aatomid üksteisega suhelda. Praktilistel eesmärkidel teevad kõik kolm efekti sama: tekitavad hõõrdumist. Abrasiivsed pinnad (nagu liivapaber) deformeeruvad, kui pressitud (nagu kumm) või kleepuvad koostoimed teiste pindadega (nt kleepuv liim jne) on lihtne viis hõõrdumise suurendamiseks.Inseneriõpikud ja sarnased materjalid võivad olla suurepärased tööriistad suure hõõrdumise tekitamiseks kasutatavate materjalide valimisel. Enamik standardsetel ehitusmaterjalidel on tuntud “hõõrdetegurid”, st mõõdab, kui palju hõõrdumist nad teiste pindadega tekitavad. Allpool on loetletud vaid mõne levinud materjali libisemistegurid (kõrge r koefitsiendid näitavad suuremat hõõrdumist):Alumiinium alumiiniumil: 0,34Puit puidul: 0,129Kuiv betoon kummil: 0,6-0,85Märg betoon kummil: 0,45-0,75Jää jääl: 0,01
2
Suruge kaks pinda tugevamini kokku. Üks põhifüüsika põhiprintsiipe on see, et hõõrdumine, mida objekt kogeb, on võrdeline selle normaaljõuga (meie eesmärkidel on see põhiliselt jõud, millega ta surub vastu objekti, mille vastu see libiseb). See tähendab, et kahe pinna vahelist hõõrdumist saab suurendada, kui pinnad surutakse üksteise vastu suurema jõuga. Kui olete kunagi kasutanud ketaspidurite komplekti (näiteks autol või jalgrattal), olete seda põhimõtet järginud. tegevuses. Sel juhul surub auto pidurite vajutamine rataste külge kinnitatud metallketastesse komplekti hõõrdumist tekitavaid klotse. Mida tugevamalt pidureid vajutada, seda tugevamini surutakse klotsid ketastesse ja seda suurem on hõõrdumine. See võib sõiduki kiiresti peatada, kuid võib ka eraldada palju soojust, mistõttu on pidurite komplekt pärast tugevat pidurdamist tavaliselt üsna kuum. Jalgrattal suruvad piduriklotsid rehvi metallraamile, et takistada nende pöörlemist.
3
Peatage mis tahes suhteline liikumine. See tähendab, et kui üks pind liigub teise suhtes, peatage see. Siiani oleme keskendunud kineetilisele (või “libisevale”) hõõrdumisele, mis tekib kahe objekti või pinna vahel, kui need üksteise vastu hõõrduvad. Tegelikult erineb see hõõrdumine staatilisest hõõrdumisest, mis tekib siis, kui üks objekt hakkab teise vastu liikuma. Põhimõtteliselt on kahe objekti vaheline hõõrdumine suurim just siis, kui nad hakkavad üksteise vastu liikuma. Kui need on juba liikumises, väheneb hõõrdumine. See on üks põhjusi, miks rasket eset on raskem lükkama hakata, kui seda edasi liigutada. Staatilise ja kineetilise hõõrdumise erinevuse jälgimiseks proovige seda lihtsat katset: asetage tool või mõni muu mööbliese tasasele põrandale. oma maja (mitte vaipa ega vaipa). Veenduge, et mööbli põhjas ei oleks kaitsvaid “jalapatju” ega muud materjali, mis võiks hõlbustada põrandal libisemist. Proovige mööblit piisavalt tugevalt lükata, et see liikuma hakkaks. Peaksite märkama, et niipea, kui mööbel hakkab liikuma, muutub seda kohe veidi kergemaks lükata. Seda seetõttu, et mööbli ja põranda vaheline kineetiline hõõrdumine on väiksem kui staatiline hõõrdumine.
4
Eemaldage kahe pinna vahelt määrdeaine. Määrdeained, nagu õli, rasv, vaseliin ja nii edasi, võivad kahe objekti või pinna vahelist hõõrdumist oluliselt vähendada. Selle põhjuseks on asjaolu, et kahe tahke aine vaheline hõõrdumine on üldiselt palju suurem kui hõõrdumine nende tahkete ainete ja nendevahelise vedeliku vahel. Hõõrdumise suurendamiseks proovige võrrandist eemaldada kõik määrdeained, kasutades hõõrdumise tekitamiseks ainult “kuivi”, määrimata osi. Määrdeainete hõõrdumise vähendamise potentsiaali nägemiseks proovige seda lihtsat katset: hõõruge käsi kokku, nagu need oleksid külm ja soovite neid soojendada. Peaksite kohe märkama, et need hõõrdumisest kuumenevad. Järgmisena kandke peopesadesse paraja kogus kreemi ja proovige sama asja. Mitte ainult ei peaks olema lihtsam käsi kiiresti üksteise vastu hõõruda, vaid peaksite märkama ka palju vähem kuumust.
5
Libisemise tekitamiseks eemaldage rattad või laagrid. Rattad, laagrid ja muud “veerevad” objektid kogevad erilist hõõrdumist, mida nimetatakse veerehõõrdumiseks. See hõõrdumine on peaaegu alati palju väiksem kui hõõrdumine, mis tekib lihtsalt samaväärse objekti libistamisel mööda maad. Seetõttu kipuvad need objektid veerema, mitte mööda maad libisema. Mehaanilises süsteemis hõõrdumise suurendamiseks proovige eemaldada rattad, laagrid jne, nii et osad hõõruksid pigem üksteise vastu, mitte ei veereks. Näiteks kaaluge erinevust vagunis raske raskuse mööda maad tõmbamise ja vaguni vahel. sarnase raskuse tõmbamine kelgul. Vagunil on rattad, nii et seda on lihtsam tõmmata kui kelku, mis lohiseb vastu maad, tekitades liikumisel palju libisevat hõõrdumist.
6
Suurendage vedeliku viskoossust. Tahked objektid ei ole ainsad asjad, mis võivad hõõrdumist tekitada. Hõõrdumist võivad tekitada ka vedelikud (vedelikud ja gaasid nagu vesi ja õhk). Hõõrdumise hulk, mida vedelik tekitab tahke aine vastu liikudes, sõltub mitmest tegurist. Üks lihtsamini kontrollitav on vedeliku viskoossus, mida tavaliselt nimetatakse selle “paksuseks”. Üldiselt tekitavad väga viskoossed vedelikud (need, mis on “paksud”, “liigsed” jne) rohkem hõõrdumist kui vedelikud, mis on vähem viskoossed (need, mis on “siled” ja “vedelad”). Näiteks kaaluge erinevust pingutus, mida võite kogeda vee läbi kõrre puhumisel või mee läbi kõrre puhumisel. Vett, mis ei ole väga viskoosne, on väga lihtne kõrre sisse imeda ja sealt välja puhuda. Mett seevastu on kõrre kaudu üsna raskem liigutada. Selle põhjuseks on asjaolu, et mee kõrge viskoossus tekitab palju hõõrdumist, kui see surutakse läbi kitsa toru nagu põhk.
7
Suurendage vedeliku viskoossust. Meedium, mille kaudu objekt liigub, avaldab objekti pindadele jõudu, mis kokku moodustavad objektile mõjuva hõõrdejõu. Mida tihedam on vedelik (viskoossem), seda aeglasemalt liigub antud jõu mõjul olev objekt vedelikust läbi. Näiteks langeb marmor läbi õhu kiiremini kui vesi ja läbi vee kiiremini kui melass. Enamiku vedelike viskoossust saab suurendada vedeliku temperatuuri langetades. Näiteks marmor langeb läbi külma melassi aeglasemalt kui toatemperatuuril melass.
8
Suurendage õhuga kokkupuutuvat ala. Nagu eespool märgitud, võivad vedelikud, nagu vesi ja õhk, tekitada hõõrdumist, kui nad liiguvad vastu tahkeid esemeid. Hõõrdejõudu, mida objekt kogeb vedelikus liikudes, nimetatakse takistuseks (seda nimetatakse mõnikord “õhutakistuseks”, “veetakistuseks” jne). Üks takistuse omadus on see, et suurema profiiliga objektid või pinnale, on vedelikul selle läbimisel suurem takistus. Vedelikul on vastu surumiseks rohkem ruumi, mis suurendab objekti hõõrdumist, kui see läbi selle liigub. Oletame näiteks, et kivike ja paberileht kaaluvad mõlemad ühe grammi. Kui kukutame mõlemad korraga maha, kukub kivi otse põrandale, samal ajal kui paber triivib aeglaselt maapinnale. See on takistuse põhimõte, kui õhk surub vastu paberi suurt ja laia külge, tekitades tõmbejõudu ja pannes selle läbi õhu palju aeglasemalt kui veeris, millel on suhteliselt väike ristlõikepindala.
9
Kasutage suurema takistusteguriga kujundit. Kuigi objekti ristlõikepindala näitab hästi, kui suur on selle takistus, on takistuse arvutamine pisut keerulisem. Erinevad kujundid interakteeruvad vedelikega erineval viisil, kui nad neid läbivad, see tähendab, et mõnel kujundil (näiteks lamedad plaadid) võib olla suurem takistus kui erinevatel kujunditel (näiteks keradel), mis on valmistatud samast kogusest materjalist. Kuna suurust, mis mõõdab kujundi suhtelist takistust, nimetatakse tõmbeteguriks, on suure takistusega kujunditel väidetavalt suured takistustegurid. Näiteks võtke arvesse lennuki tiiba. Tüüpilise lennukitiiva kuju nimetatakse tiibaks. See kuju, mis on sile, kitsas, ümar ja klanitud, läbib õhku kergesti. Sellel on väga madal õhutakistustegur 0,45. Teisest küljest kujutage ette, kui lennukil oleks teravate servadega karbikujulised prismakujulised tiivad. Need tiivad tekitaksid palju rohkem hõõrdumist, kuna need ei läbiks ilma suure vastupanuta. Tegelikult on prismade õhutakistustegur kõrgem kui aerodünaamilistel pindadel (umbes 1,14). Suuremate, lahjemate “kerevooludega” objektid tekitavad üldiselt rohkem takistust kui teised objektid. Teisest küljest on voolujoonelise kehavooluga objektid kitsad, ümarate servadega ja tavaliselt kitsenevad objekti tagaosa suunas nagu kala keha.
10
Kasutage vähem läbilaskvat materjali. Teatud tüüpi materjalid on vedelikke läbilaskvad. Teisisõnu, neil on augud, millest vedelik võib läbi minna. See vähendab tõhusalt objekti pindala, mille vastu vedelik on võimeline suruma, vähendades tõmbejõudu. See omadus kehtib isegi siis, kui augud on mikroskoopilised, kuni augud on piisavalt suured, et osa vedelikust objektist läbi lasta, takistus väheneb. Seetõttu on langevarjud, mis on loodud tekitama kasutaja kukkumiskiirust aeglustades palju takistust, valmistatud tugevast, kergest siidist või nailonist, mitte aga marli- või kohvifiltritest. Selle omaduse näitena vaadake tõsiasi, et pingpongi mõla saab kiiremini õõtsuda, kui sellesse puurida paar auku. Avad lasevad aeru liigutamisel õhku läbi, vähendades oluliselt takistust ja võimaldades aerul kiiremini liikuda.
11
Suurendage objekti kiirust. Lõpuks, olenemata sellest, mis kujuga objekt on või kui läbilaskev on materjal, millest see on valmistatud, suureneb selle tekitatav takistus alati, kui see läheb kiiremini. Mida kiiremini objekt liigub, seda rohkem vedelikku see läbi peab liikuma ja seega seda suuremat takistust see kogeb. Väga suurel kiirusel liikuvad objektid võivad takistuse tõttu kogeda väga suurt hõõrdumist, nii et need objektid peavad tavaliselt olema väga voolujoonelised, vastasel juhul lagunevad nad tõmbejõu mõjul. Näiteks Lockheed SR-71 “Blackbird”, eksperimentaalne. külma sõja ajal ehitatud spioonilennuk. Blackbird, mis suutis lennata kiirusega, mis ületas 3,2 machit, koges nendel suurtel kiirustel äärmuslikke tõmbejõude, hoolimata selle voolujoonelisest disainist, mis oli tegelikult piisavalt äärmuslik, et lennuki metallkere hõõrdumisest tekkiva soojuse tõttu laieneks. õhust lennu keskel.