Силата на триене () е силата, която възниква по време на относителното движение на телата. Емпирично е установено, че силата на триене при плъзгане зависи от силата на взаимното налягане на телата (реакция на опората) (N), материалите на повърхностите на триещите се тела и скоростите на относителното движение.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Физическата величина, която характеризира триещите се повърхности, се нарича коефициент на триене. Най-често коефициентът на триене се обозначава с буквите k или.
Като цяло коефициентът на триене зависи от скоростта на движение на телата едно спрямо друго. Трябва да се отбележи, че зависимостта обикновено не се взема предвид и коефициентът на триене при плъзгане се счита за постоянен. В повечето случаи силата на триене
Коефициентът на триене при плъзгане е безразмерна величина. Коефициентът на триене зависи от: качеството на повърхностната обработка, триещите се тела, наличието на мръсотия върху тях, скоростта на движение на телата едно спрямо друго и др. Коефициентът на триене се определя емпирично (експериментално).
Коефициентът на триене, който съответства на максималната сила на статично триене, в повечето случаи е по-голям от коефициента на триене при плъзгане.
За по-голям брой двойки материали коефициентът на триене е не повече от единица и е в
Стойността на коефициента на триене на всяка двойка тела, между които се разглежда силата на триене, се влияе от налягането, степента на замърсяване, повърхността на телата и други неща, които обикновено не се вземат предвид. Следователно стойностите на коефициентите на силата на триене, посочени в референтните таблици, напълно съвпадат с реалността само при условията, при които са получени. Следователно стойностите на коефициентите на силите на триене не могат да се считат за непроменени за една и съща двойка триещи се тела. По този начин коефициентите на шипове се разграничават за сухи повърхности и смазани повърхности. Например коефициентът на плъзгане за тяло от бронз и тяло от чугун, ако повърхностите на материалите са сухи, е равен на За една и съща двойка материали коефициентът на плъзгане при наличие на смазка
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
| Упражнение | Тънка метална верига лежи върху хоризонтална маса (фиг. 1). Дължината му е равна на , маса . Краят на веригата виси над ръба на масата. Ако дължината на висящата част на веригата е част от дължината на цялата верига, тя започва да се плъзга надолу по масата. Какъв е коефициентът на триене между веригата и масата, ако веригата се счита за еднаква по дължина? |
| Решение | Веригата се движи под въздействието на гравитацията. Нека силата на гравитацията, действаща на единица дължина на веригата, е равна на . В този случай в момента, в който започне плъзгането, силата на гравитацията, действаща върху надвисналата част, ще бъде: Преди да започне плъзгането, тази сила се балансира от силата на триене, която действа върху частта от веригата, която лежи на масата: Тъй като силите са балансирани, можем да напишем (): |
| Отговор |
ПРИМЕР 2
| Упражнение | Какъв е коефициентът на триене на тяло върху наклонена равнина, ако ъгълът на наклон на равнината е равен и дължината му е равна на . Тялото се е движило по равнината с постоянно ускорение за време t. |
| Решение | В съответствие с втория закон на Нютон, резултатът от силите, приложени към тяло, движещо се с ускорение, е равен на: В проекциите върху осите X и Y на уравнение (2.1) получаваме: |
Триене(фрикционно взаимодействие) е процес на взаимодействие на тела по време на тяхното относително движение (преместване) или по време на движение на тяло в газообразна или течна среда.
Разделът от физиката, който изучава процесите на триене, се нарича трибология(механика на фрикционното взаимодействие).
Триенето обикновено се разделя на:
- сухакогато взаимодействащите твърди вещества не са разделени от никакви допълнителни слоеве / смазки (включително твърди смазки) - много рядък случай на практика; характерна особеност на сухото триене е наличието на значителна сила на статично триене;
- границакогато контактната зона може да съдържа слоеве и области от различно естество (оксидни филми, течност и др.) - най-честият случай на триене при плъзгане;
- течност(вискозен), който възниква по време на взаимодействието на тела, разделени от слой от твърдо вещество (графитен прах), течност или газ (лубрикант) с различна дебелина - обикновено възниква при триене при търкаляне, когато твърдите тела са потопени в течност, величината на вискозното триене се характеризира с вискозитета на средата;
- смесенкогато контактната зона съдържа зони на сухо и течно триене;
- еластохидродинамичен(вискоеластичен), когато вътрешното триене в смазката е критично. Възниква при увеличаване на относителните скорости на движение.
Сила на триене- това е сила, която възниква в точката на контакт на телата и предотвратява тяхното относително движение.
Причини за сила на триене:
- грапавост на контактните повърхности;
- взаимно привличане на молекулите на тези повърхности.
Триене при плъзгане– сила, която възниква при постъпателното движение на едно от контактуващите/взаимодействащите тела спрямо друго и действа върху това тяло в посока, обратна на посоката на плъзгане.
Триене при търкаляне– момент на сила, който възниква, когато едно от две контактуващи/взаимодействащи тела се търкаля спрямо другото.
Статично триене– сила, която възниква между две контактуващи тела и предотвратява възникването на относително движение. Тази сила трябва да се преодолее, за да се задвижат две контактуващи тела едно спрямо друго.
Силата на триене е право пропорционална на силата на нормалната реакция, т.е. зависи от това колко плътно са притиснати телата едно към друго и от техния материал, следователно основната характеристика на триенето е коефициент на триене, което се определя от материалите, от които са направени повърхностите на взаимодействащите тела.
Износване– промяна в размера, формата, масата или състоянието на повърхността на продукт поради разрушаване (износване) на повърхностния слой поради триене.
Работата на всяка машина неизбежно е придружена от триене по време на относителното движение на нейните части, така че е невъзможно напълно да се елиминира износването. Степента на износване при директен контакт на повърхностите е правопропорционална на работата на силите на триене.
Абразията се причинява отчасти от прах и мръсотия, така че е много важно оборудването да се поддържа чисто, особено неговите триещи се части.
За борба с износването и триенето те заменят някои метали с други, които са по-стабилни, прилагат термична и химическа обработка на триещи се повърхности, прецизна механична обработка, а също така заменят металите с различни заместители, променят дизайна, подобряват смазването (променят външния вид, въвеждат добавки) и др.
При машините те се стремят да предотвратят директното триене при плъзгане на твърди повърхности, като за целта те или се разделят със слой смазка (флуидно триене), или между тях се въвеждат допълнителни търкалящи се тела (съчмени и ролкови лагери).
Основното правило при проектиране на търкащите се части на машините е по-скъпият и труден за подмяна елемент на търкащата се двойка (вал) да е направен от по-твърд и по-износоустойчив материал (твърда стомана) и по-прост, по-евтин и лесно заменяем части (лагерни черупки) са изработени от сравнително мек материал с нисък коефициент на триене (бронз, бабит).
Повечето машинни части се повреждат именно поради износване, така че намаляването на триенето и износването дори с 5-10% осигурява огромни спестявания, което е от изключително значение.
Списък с връзки
- Триене // Уикипедия. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Friction.
- Носете (техника) // Wikipedia. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Wear_(equipment).
- Триене в машините, триене и износване в машиностроенето // Проект-Технар. Прогресивни автомобилни технологии. – http://www.studiplom.ru/Technology/Trenie.html.
Въпроси за контрол
- Какво е триене?
- Какви видове триене има?
- Какво причинява силата на триене?
- Как се класифицира триенето в зависимост от действащите сили?
- Какво е износване и как се справя с него?
| < |
Наречен суха. В противен случай триенето се нарича "течност". Характерна особеност на сухото триене е наличието на статично триене.
Експериментално е установено, че силата на триене зависи от силата на натиск на телата едно върху друго (сила на опорна реакция), от материала на триещите се повърхности, от скоростта на относително движение и Независи от контактната зона. (Това може да се обясни с факта, че никое тяло не е абсолютно плоско. Следователно истинската контактна площ е много по-малка от наблюдаваната. Освен това, увеличавайки площта, намаляваме специфичния натиск на телата едно върху друго.) Нарича се величината, характеризираща триещите се повърхности коефициент на триене, и най-често се обозначава с латинската буква “k” или гръцката буква “μ”. Това зависи от характера и качеството на обработка на триещите се повърхности. Освен това коефициентът на триене зависи от скоростта. Най-често обаче тази зависимост е слабо изразена и ако не се изисква по-голяма точност на измерване, тогава "k" може да се счита за константа.
В първо приближение големината на силата на триене при плъзгане може да се изчисли по формулата:
Където
Коефициент на триене при плъзгане,
Нормална земна противодействаща сила.
Според физиката на взаимодействието триенето обикновено се разделя на:
- Сухи, когато взаимодействащите твърди частици не са разделени от никакви допълнителни слоеве/лубриканти - много рядък случай в практиката. Характерна особеност на сухото триене е наличието на значителна сила на статично триене.
- Изсушете със сух лубрикант (графитен прах)
- Течност, по време на взаимодействието на тела, разделени от слой течност или газ (лубрикант) с различна дебелина - като правило се получава при триене при търкаляне, когато твърдите тела са потопени в течност;
- Смесени, когато контактната зона съдържа зони на сухо и течно триене;
- Границата, когато контактната зона може да съдържа слоеве и области от различно естество (оксидни филми, течност и др.), е най-често срещаният случай на триене при плъзгане.
Поради сложността на физикохимичните процеси, протичащи в зоната на триещо взаимодействие, процесите на триене принципно не могат да бъдат описани с помощта на методите на класическата механика.
По време на механичните процеси винаги има, в по-голяма или по-малка степен, трансформация на механичното движение в други форми на движение на материята (най-често в топлинна форма на движение). В последния случай взаимодействията между телата се наричат сили на триене.
Експериментите с движението на различни тела в контакт (твърди тела върху твърди тела, твърди вещества в течност или газ, течност в газ и т.н.) с различни състояния на контактните повърхности показват, че силите на триене се появяват по време на относителното движение на контактуващите тела и са насочени срещу векторът на относителната скорост тангенциално към контактните повърхности. В този случай винаги се получава нагряване на взаимодействащите тела.
Силите на триене са тангенциалните взаимодействия между контактуващите тела, които възникват по време на тяхното относително движение. Силите на триене, които възникват при относителното движение на различни тела, се наричат сили на външно триене.
Силите на триене възникват и при относително движение на части от едно и също тяло. Триенето между слоевете на едно и също тяло се нарича вътрешно триене.
При реални движения винаги възникват сили на триене с по-голяма или по-малка величина. Следователно, когато съставяме уравнения на движението, строго погледнато, винаги трябва да въвеждаме силата на триене F tr в броя на силите, действащи върху тялото.
Едно тяло се движи равномерно и праволинейно, когато външна сила балансира силата на триене, която възниква по време на движение.
За да се измери силата на триене, действаща върху тялото, е достатъчно да се измери силата, която трябва да се приложи към тялото, така че да се движи без ускорение.
Фондация Уикимедия. 2010 г.
Вижте какво е „сила на триене при плъзгане“ в други речници:
сила на статично триене- ограничаващо триене Силата на статичното триене в момента на започване на плъзгането. Код IFToMM: 3.5.48 Раздел: ДИНАМИКА НА МЕХАНИЗМИТЕ... Теория на механизмите и машините
Величина, характеризираща външното триене. В зависимост от вида на движението на едно тяло върху друго, Т... Физическа енциклопедия
Съотношението на силата на триене F към реакцията T, насочена нормално към допиращата се повърхност, която възниква, когато се приложи товар, притискащ едно тяло към друго: f = F/T. Тъй като характеристиката, използвана при извършване на технически изчисления, е... ...
Триене, триене. Любопитно е съчетаването на три типа номинативни значения в думата триене. Механичният термин триене се използва за характеризиране на социалните отношения. Това се случва в книжовния език от последната третина на 19 век, не по-рано... ... История на думите
СИЛА- векторното количество е мярка за механичното въздействие върху тялото от други тела, както и интензивността на други физически сили. процеси и полета. Силите са различни: (1) C. Ампер, силата, с която (виж) действа върху проводник, протичащ с ток; посока на вектора на силата... ... Голяма политехническа енциклопедия
Триенето е процес на взаимодействие между твърди тела по време на тяхното относително движение (преместване) или по време на движение на твърдо тяло в течна или газообразна среда. Иначе се нарича фрикционно взаимодействие. Изучаване на процесите на триене... ... Wikipedia
Силите на триене при плъзгане са сили, които възникват между допиращите се тела по време на тяхното относително движение. Ако между телата няма течен или газообразен слой (лубрикант), тогава такова триене се нарича сухо. В противен случай триене... ... Уикипедия
външно триене на плъзгане- контактното триене е механично съпротивление на движението на едно тяло върху повърхността на друго; в зоната на деформация възниква по време на взаимодействието на инструмента и обработвания материал. Характеристики на контактното триене по време на обработка... ... Енциклопедичен речник по металургия
Търкалящ лагер с неподвижен външен пръстен Лагерът е техническо устройство, което е част от опора, която поддържа вал, ос или друга конструкция, фиксира позиция в пространството, осигурява въртене, люлеене или линейно... ... Wikipedia
Опора или водач на механизъм или машина (вижте машина), в която се получава триене, когато свързващите се повърхности се плъзгат. Въз основа на посоката на възприемане на натоварването се прави разлика между радиални и аксиални (аксиални) товарни лагери. В зависимост от режима на смазване... Велика съветска енциклопедия
« Физика - 10 клас"
Спомнете си какво е триене.
На какви фактори се дължи?
Защо скоростта на движение на блока върху масата се променя след натискане?
Друг вид сила, разглеждана в механиката, са силите на триене. Тези сили действат по протежение на повърхностите на телата, когато те са в пряк контакт.
Силите на триене във всички случаи предотвратяват относителното движение на контактуващите тела. При определени условия силите на триене правят това движение невъзможно. Те обаче не само забавят движението на телата. В редица практически важни случаи движението на тялото не може да стане без действието на силите на триене.
Нарича се триене, което възниква при относително движение на контактни повърхности на твърди тела сухо триене.
Има три вида сухо триене: статично триене, плъзгащо триене и триене при търкаляне.
Триене в покой.
Опитайте да преместите дебела книга, лежаща на масата, с пръст. Прилагате някаква сила върху нея, насочена по повърхността на масата, и книгата остава в покой. Следователно между книгата и повърхността на масата възниква сила, насочена обратно на силата, с която действате върху книгата, и точно равна на нея по големина. Това е силата на триене tr. Натискате книгата с по-голяма сила, но тя пак остава на мястото си. Това означава, че силата на триене tr се увеличава със същото количество.
Силата на триене, действаща между две неподвижни едно спрямо друго тела, се нарича сила статично триене.
Ако върху едно тяло действа сила, успоредна на повърхността, върху която се намира, и тялото остава неподвижно, това означава, че върху него действа сила на статично триене tr, равна по големина и насочена в посока, обратна на сила (фиг. 3.22). Следователно силата на статичното триене се определя от силата, действаща върху него:
Ако силата, действаща върху тялото в покой, дори малко надвишава максималната сила на статично триене, тогава тялото ще започне да се плъзга.
Нарича се най-голямата стойност на силата на триене, при която все още не се получава плъзгане максимална сила на статично триене.
За да се определи максималната сила на статично триене, има много прост, но не много точен количествен закон. Нека на масата има блок с прикрепен към него динамометър. Нека проведем първия експеримент. Нека издърпаме пръстена на динамометъра и да определим максималната сила на статично триене. Върху блока действат силата на гравитацията m, нормалната сила на реакция на опората 1, силата на опън 1, пружините на динамометъра и максималната сила на статично триене tr1 (фиг. 3.23).
Нека поставим друг подобен блок върху блока. Силата на натиск на решетките върху масата ще се увеличи 2 пъти. Според третия закон на Нютон нормалната сила на реакция на опора 2 също ще се увеличи 2 пъти. Ако отново измерим максималната сила на статично триене, ще видим, че тя се е увеличила толкова пъти, колкото се е увеличила силата 2, т.е. 2 пъти.
Продължавайки да увеличаваме броя на прътите и измервайки всеки път максималната сила на статичното триене, ще се убедим, че
>максималната стойност на модула на силата на статичното триене е пропорционална на модула на нормалната сила на реакция на опората.
Ако означим модула на максималната сила на статично триене с F tr. max, тогава можем да напишем:
F tr. max = μN (3.11)
където μ е коефициент на пропорционалност, наречен коефициент на триене. Коефициентът на триене характеризира двете триещи се повърхности и зависи не само от материала на тези повърхности, но и от качеството на тяхната обработка. Коефициентът на триене се определя експериментално.
Тази зависимост е установена за първи път от френския физик К. Кулон.
Ако поставите блока върху по-малкото лице, тогава F tr. max няма да се промени.
Максималната сила на статично триене не зависи от площта на контакт между телата.
Силата на статично триене варира от нула до максимална стойност, равна на μN. Какво може да причини промяна в силата на триене?
Въпросът тук е следният. Когато върху едно тяло се приложи определена сила, то се измества леко (незабележимо за окото) и това изместване продължава, докато микроскопичните грапавини на повърхностите се разположат една спрямо друга по такъв начин, че, закачайки се една за друга, ще водят до появата на сила, която балансира силата. С увеличаването на силата тялото отново ще се движи леко, така че най-малките повърхностни неравности ще се прилепят една към друга по различен начин и силата на триене ще се увеличи.
И само при > F tr. max, независимо от относителното положение на неравностите на повърхността, силата на триене не е в състояние да балансира силата и плъзгането ще започне.
Зависимостта на модула на силата на триене при плъзгане от модула на действащата сила е показана на фигура 3.24.
При ходене и бягане стъпалата на краката са обект на статично триене, освен ако краката не се плъзгат. Същата сила действа върху задвижващите колела на автомобила. Върху задвижваните колела също действа статична сила на триене, но този път спира движението, като тази сила е значително по-малка от силата, действаща върху задвижващите колела (в противен случай колата не би могла да се движи).
Дълго време се съмняваше, че парен локомотив може да се движи по гладки релси. Те смятаха, че фрикционното спиране на задвижваните колела ще бъде равно на силата на триене, действаща върху задвижващите колела. Дори беше предложено задвижващите колела да бъдат задвижвани и да се поставят специални зъбни релси за тях.
Триене при плъзгане.
При плъзгане силата на триене зависи не само от състоянието на триещите се повърхности, но и от относителната скорост на телата, като тази зависимост от скоростта е доста сложна. Опитът показва, че често (макар и не винаги) в самото начало на плъзгане, когато относителната скорост е все още ниска, силата на триене става малко по-малка от максималната сила на статично триене. Едва след това с увеличаване на скоростта тя расте и започва да надвишава F tr. макс.
Вероятно сте забелязали, че тежък предмет, като например кутия, се мести трудно, но след това преместването става по-лесно. Това се обяснява именно с намаляването на силата на триене, когато плъзгането се извършва при ниска скорост (виж фиг. 3.24).
При не много високи относителни скорости на движение силата на триене при плъзгане се различава малко от максималната сила на статично триене. Следователно тя може приблизително да се счита за постоянна и равна на максималната сила на статично триене:
F tr ≈ F tr. max = μN.
Силата на триене при плъзгане може да се намали многократно чрез използване на смазка - най-често тънък слой течност (обикновено някакъв вид минерално масло) - между триещите се повърхности.
Нито една съвременна машина, като автомобилен или тракторен двигател, не може да работи без смазване. В конструкцията на всички машини е предвидена специална система за смазване.
Триенето между слоеве течност в съседство с твърди повърхности е много по-малко, отколкото между сухи повърхности.
Триене при търкаляне.
Силата на триене при търкаляне е значително по-малка от силата на триене при плъзгане, така че е много по-лесно да търкаляте тежък предмет, отколкото да го движите.
Силата на триене зависи от относителната скорост на телата. Това е основната му разлика от силите на гравитацията и еластичността, които зависят само от разстоянията.
Съпротивителни сили при движение на твърди тела в течности и газове.
Когато твърдо тяло се движи в течност или газ, върху него действа силата на съпротивление на средата. Тази сила е насочена срещу скоростта на тялото спрямо средата и забавя движението.
Основната характеристика на съпротивителната сила е, че тя се появява само при наличие на относително движение на тялото и околната среда.
Силата на статично триене в течности и газове напълно отсъства.
Това води до факта, че с усилието на ръцете ви можете да преместите тежко тяло, например плаваща лодка, докато преместването, да речем, на влак с ръце е просто невъзможно.
Модулът на съпротивителната сила F c зависи от размера, формата и състоянието на повърхността на тялото, свойствата на средата (течност или газ), в която се движи тялото, и накрая от относителната скорост на движение на тялото и средата.
Приблизителният характер на зависимостта на модула на съпротивителната сила от модула на относителната скорост на тялото е показан на фигура 3.25. При относителна скорост, равна на нула, силата на съпротивление не действа върху тялото (F c = 0). С увеличаването на относителната скорост силата на съпротивление нараства отначало бавно, а след това все по-бързо и по-бързо. При ниски скорости на движение съпротивителната сила може да се счита за пряко пропорционална на скоростта на движение на тялото спрямо средата:
F c = k 1 υ, (3.12)
където k 1 е коефициентът на съпротивление, в зависимост от формата, размера, състоянието на повърхността на тялото и свойствата на средата - нейния вискозитет. Не е възможно теоретично да се изчисли коефициентът k 1 за тела със сложна форма, той се определя експериментално.
При високи скорости на относително движение силата на съпротивление е пропорционална на квадрата на скоростта:
F c = k 2 υ 2 , υ, (3.13)
където k 2 е коефициентът на съпротивление, различен от k 1 .
Коя от формулите - (3 12) или (3.13) - може да се използва в конкретен случай, се определя експериментално. Например, за лек автомобил е препоръчително да се използва първата формула при приблизително 60-80 км/ч, при по-високи скорости трябва да се използва втората формула.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
От второто уравнение:
Сила на триене:
Замествайки израза за силата на триене в първото уравнение, получаваме:
При спиране до пълно спиране скоростта на автобуса пада от стойност до нула, така че автобусът:
Приравнявайки десните страни на отношенията за ускоряване на автобус при аварийно спиране, получаваме:
къде е времето до пълното спиране на автобуса:
Гравитационно ускорение m/s
Замествайки числените стойности на физическите величини във формулата, изчисляваме:
ПРИМЕР 2
| Упражнение | Малко тяло беше поставено върху наклонена равнина, сключваща ъгъл с хоризонта, и освободено. Какво разстояние ще измине тялото за 3 s, ако коефициентът на триене между него и повърхността е 0,2? |
| Решение | Нека да направим чертеж и да посочим всички сили, действащи върху тялото.
Върху тялото действат гравитацията, силата на реакция на земята и силата на триене Нека изберем координатна система, както е показано на фигурата, и проектираме това векторно равенство върху координатната ос:
От второто уравнение: |
