Friktionskraften () är den kraft som uppstår under kroppars relativa rörelse. Det har fastställts empiriskt att glidfriktionskraften beror på kraften av ömsesidigt tryck från kropparna (stödreaktion) (N), materialen på ytorna på gnidningskropparna och hastigheterna för relativ rörelse.
DEFINITION
Den fysiska kvantitet som kännetecknar gnidningsytor kallas friktionskoefficient. Oftast betecknas friktionskoefficienten med bokstäverna k eller.
I allmänhet beror friktionskoefficienten på kropparnas rörelsehastighet i förhållande till varandra. Det bör noteras att beroendet vanligtvis inte tas med i beräkningen och att glidfriktionskoefficienten anses vara konstant. I de flesta fall friktionskraften
Glidfriktionskoefficienten är en dimensionslös storhet. Friktionskoefficienten beror på: kvaliteten på ytbehandlingen, gnidningskroppar, närvaron av smuts på dem, kropparnas rörelsehastighet i förhållande till varandra, etc. Friktionskoefficienten bestäms empiriskt (experimentellt).
Friktionskoefficienten, som motsvarar den maximala statiska friktionskraften, är i de flesta fall större än glidfriktionskoefficienten.
För ett större antal materialpar är friktionskoefficienten inte mer än enhet och ligger inom
Värdet på friktionskoefficienten för ett par kroppar mellan vilka friktionskraften beaktas påverkas av tryck, föroreningsgrad, kropparnas ytarea och andra saker som vanligtvis inte tas med i beräkningen. Därför sammanfaller värdena för friktionskraftskoefficienterna som anges i referenstabellerna helt med verkligheten endast under de förhållanden under vilka de erhölls. Följaktligen kan värdena för friktionskoefficienterna inte anses vara oförändrade för samma par gnidningskroppar. Således urskiljs taggkoefficienter för torra ytor och smorda ytor. Till exempel är glidkoefficienten för en kropp gjord av brons och en kropp gjord av gjutjärn, om materialens ytor är torra, lika med För samma materialpar, glidkoefficienten i närvaro av smörjning
Exempel på problemlösning
EXEMPEL 1
| Träning | En tunn metallkedja ligger på ett horisontellt bord (fig. 1). Dess längd är lika med , massa . Änden av kedjan hänger över bordets kant. Om längden på den hängande delen av kedjan är en bråkdel av längden på hela kedjan, börjar den glida nedför bordet. Vad är friktionskoefficienten mellan kedjan och bordet om kedjan anses vara enhetlig i längd? |
| Lösning | Kedjan rör sig under påverkan av gravitationen. Låt tyngdkraften som verkar per längdenhet av kedjan vara lika med . I det här fallet, i det ögonblick som glidningen börjar, kommer tyngdkraften som verkar på den överhängande delen att vara: Innan glidningen börjar balanseras denna kraft av friktionskraften som verkar på den del av kedjan som ligger på bordet: Eftersom krafterna är balanserade kan vi skriva (): |
| Svar |
EXEMPEL 2
| Träning | Vad är friktionskoefficienten för en kropp på ett lutande plan om planets lutningsvinkel är lika och dess längd är lika med . Kroppen rörde sig längs planet med konstant acceleration under tiden t. |
| Lösning | I enlighet med Newtons andra lag är resultanten av krafter som appliceras på en kropp som rör sig med acceleration lika med: I projektioner på X- och Y-axlarna i ekvation (2.1) får vi: |
Friktion(friktionsinteraktion) är processen för interaktion mellan kroppar under deras relativa rörelse (förskjutning) eller under rörelse av en kropp i ett gasformigt eller flytande medium.
Den gren av fysiken som studerar friktionsprocesser kallas tribologi(mekanik för friktionsinteraktion).
Friktion delas vanligtvis in i:
- torr när interagerande fasta ämnen inte separeras av några ytterligare lager / smörjmedel (inklusive fasta smörjmedel) - ett mycket sällsynt fall i praktiken; en karakteristisk egenskap hos torr friktion är närvaron av en betydande statisk friktionskraft;
- gräns när kontaktytan kan innehålla lager och områden av olika karaktär (oxidfilmer, vätska etc.) - det vanligaste fallet av glidfriktion;
- flytande(viskös), som uppstår under växelverkan mellan kroppar separerade av ett lager av fast (grafitpulver), vätska eller gas (smörjmedel) av varierande tjocklek - uppstår vanligtvis under rullande friktion, när fasta kroppar är nedsänkta i en vätska, storleken på viskös friktion kännetecknas av mediets viskositet;
- blandad när kontaktytan innehåller områden med torr och flytande friktion;
- elastohydrodynamisk(viskoelastisk), när den inre friktionen i smörjmedlet är kritisk. Uppstår när relativa rörelsehastigheter ökar.
Friktionskraft- detta är en kraft som uppstår i kontaktpunkten för kroppar och förhindrar deras relativa rörelse.
Orsaker till friktionskraft:
- ojämnhet hos kontaktytor;
- ömsesidig attraktion av molekyler på dessa ytor.
Glidfriktion– en kraft som uppstår under translationsrörelsen hos en av de kontaktande/samverkande kropparna i förhållande till en annan och verkar på denna kropp i motsatt riktning mot glidriktningen.
Rullande friktion– kraftmoment som uppstår när en av två kontaktande/samverkande kroppar rullar i förhållande till den andra.
Statisk friktion– en kraft som uppstår mellan två kontaktande kroppar och förhindrar uppkomsten av relativ rörelse. Denna kraft måste övervinnas för att få två kontaktkroppar i rörelse i förhållande till varandra.
Friktionskraften är direkt proportionell mot kraften i den normala reaktionen, det vill säga den beror på hur hårt kropparna pressas mot varandra och på deras material, därför är friktionens huvudkaraktär friktionskoefficient, som bestäms av materialen från vilka ytorna på samverkande kroppar är gjorda.
ha på sig– en förändring av storleken, formen, massan eller tillståndet hos en produkts yta på grund av förstörelse (nötning) av ytskiktet på grund av friktion.
Driften av vilken maskin som helst åtföljs oundvikligen av friktion under den relativa rörelsen av dess delar, så det är omöjligt att helt eliminera slitage. Mängden slitage vid direktkontakt med ytor är direkt proportionell mot friktionskrafternas arbete.
Nötning orsakas delvis av damm och smuts, så det är mycket viktigt att hålla utrustningen ren, särskilt dess skavdelar.
För att bekämpa slitage och friktion ersätter de vissa metaller med andra som är mer stabila, tillämpar termisk och kemisk behandling av gnidningsytor, precisionsmekanisk bearbetning och även ersätter metaller med olika substitut, ändrar designen, förbättrar smörjningen (ändra utseende, införa tillsatser) etc.
I maskiner strävar de efter att förhindra direkt glidfriktion av fasta ytor, för vilka de antingen separerar dem med ett lager av smörjmedel (vätskefriktion), eller inför ytterligare rullande element mellan dem (kul- och rullager).
Grundregeln för utformning av gnidningsdelar av maskiner är att det dyrare och svåra att byta ut elementet i gnidningsparet (skaftet) är tillverkat av ett hårdare och mer slitstarkt material (hårt stål) och enklare, billigare och lätt att byta ut. delar (lagerskal) är gjorda av relativt mjukt material med låg friktionskoefficient (brons, babbitt).
De flesta maskindelar misslyckas just på grund av slitage, så att minska friktionen och slitaget med till och med 5-10 % ger enorma besparingar, vilket är av exceptionell betydelse.
Lista över länkar
- Friktion // Wikipedia. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Friction.
- Slitage (teknik) // Wikipedia. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Wear_(equipment).
- Friktion i maskiner, friktion och slitage i maskinteknik // Project-Tekhnar. Progressiv bilteknik. – http://www.studiplom.ru/Technology/Trenie.html.
Frågor för kontroll
- Vad är friktion?
- Vilka typer av friktion finns det?
- Vad orsakar friktionskraft?
- Hur klassificeras friktion beroende på de verkande krafterna?
- Vad är slitage och hur hanteras det?
| < |
Kallad torr. Annars kallas friktion "vätska". Ett karakteristiskt drag för torr friktion är närvaron av statisk friktion.
Det har experimentellt fastställts att friktionskraften beror på kropparnas tryckkraft mot varandra (stödreaktionskraften), på gnidytornas material, på den relativa rörelsens hastighet och Inte beror på kontaktområdet. (Detta kan förklaras av det faktum att ingen kropp är absolut platt. Därför är den verkliga kontaktytan mycket mindre än den observerade. Dessutom, genom att öka arean, minskar vi det specifika trycket från kropparna på varandra.) Den kvantitet som kännetecknar gnidningsytorna kallas friktionskoefficient, och betecknas oftast med den latinska bokstaven "k" eller den grekiska bokstaven "μ". Det beror på arten och kvaliteten på bearbetningen av gnidningsytorna. Dessutom beror friktionskoefficienten på hastigheten. Men oftast är detta beroende svagt uttryckt, och om större mätnoggrannhet inte krävs kan "k" anses vara konstant.
Till en första approximation kan storleken på den glidande friktionskraften beräknas med hjälp av formeln:
Var
Glidfriktionskoefficient,
Normal markreaktionskraft.
Enligt interaktionens fysik delas friktion vanligtvis in i:
- Torrt, när de interagerar separeras inte fasta ämnen av några ytterligare lager/smörjmedel - ett mycket sällsynt fall i praktiken. Ett karakteristiskt kännetecken för torr friktion är närvaron av en betydande statisk friktionskraft.
- Torka med torrt smörjmedel (grafitpulver)
- Vätska, under växelverkan mellan kroppar separerade av ett lager av vätska eller gas (smörjmedel) av varierande tjocklek - som regel inträffar det under rullande friktion, när fasta kroppar är nedsänkta i en vätska;
- Blandat, när kontaktytan innehåller områden med torr och flytande friktion;
- Gräns, när kontaktytan kan innehålla skikt och områden av olika karaktär (oxidfilmer, vätska etc.) är det vanligaste fallet med glidfriktion.
På grund av komplexiteten hos de fysikalisk-kemiska processer som förekommer i zonen av friktionsinteraktion, kan friktionsprocesser i grunden inte beskrivas med metoderna för klassisk mekanik.
Under mekaniska processer sker alltid, i större eller mindre utsträckning, en omvandling av mekanisk rörelse till andra former av rörelse av materia (oftast till en termisk rörelseform). I det senare fallet kallas interaktioner mellan kroppar för friktionskrafter.
Experiment med rörelse av olika kroppar i kontakt (fasta ämnen på fasta ämnen, fasta ämnen i vätska eller gas, vätska i gas, etc.) med olika tillstånd av kontaktytorna visar att friktionskrafter uppstår under den relativa rörelsen av de kontaktande kropparna och är riktade mot den relativa hastighetsvektorn tangentiellt till kontaktytor. I detta fall sker alltid uppvärmning av de samverkande kropparna.
Friktionskrafter är de tangentiella interaktionerna mellan kontaktande kroppar som uppstår under deras relativa rörelse. De friktionskrafter som uppstår under olika kroppars relativa rörelse kallas yttre friktionskrafter.
Friktionskrafter uppstår också under relativ rörelse av delar av samma kropp. Friktionen mellan lager av samma kropp kallas inre friktion.
I verkliga rörelser uppstår alltid friktionskrafter av större eller mindre storlek. Därför måste vi, när vi ritar upp rörelseekvationer strikt sett, alltid införa friktionskraften F tr i antalet krafter som verkar på kroppen.
En kropp rör sig likformigt och rätlinjigt när en yttre kraft balanserar friktionskraften som uppstår under rörelse.
För att mäta friktionskraften som verkar på en kropp räcker det att mäta den kraft som måste appliceras på kroppen så att den rör sig utan acceleration.
Wikimedia Foundation. 2010.
Se vad "Glidande friktionskraft" är i andra ordböcker:
statisk friktionskraft- begränsande friktion Kraften av statisk friktion i det ögonblick då glidningen börjar. IFToMM-kod: 3.5.48 Avsnitt: DYNAMICS OF MECHANISMS... Teori om mekanismer och maskiner
En kvantitet som kännetecknar yttre friktion. Beroende på typen av rörelse av en kropp över en annan, T... Fysisk uppslagsverk
Förhållandet mellan friktionskraften F och reaktionen T riktad vinkelrätt mot beröringsytan, vilket uppstår när en belastning appliceras som pressar en kropp mot en annan: f = F/T. Eftersom egenskapen som används när man utför tekniska beräkningar är... ...
Friktion, friktion. Det är märkligt att se kombinationen av tre typer av nominativa betydelser i ordet friktion. Mekaniktermen friktion användes för att karakterisera sociala relationer. Detta hände på det litterära språket på 1800-talets sista tredjedel, inte tidigare... ... Ordens historia
TVINGA- vektorkvantitet är ett mått på den mekaniska påverkan på kroppen från andra kroppar, såväl som intensiteten av andra fysiska krafter. processer och områden. Krafterna är olika: (1) C. Ampere, kraften med vilken (se) verkar på en ledare som bär ström; kraftvektorns riktning... ... Big Polytechnic Encyclopedia
Friktion är processen för interaktion mellan fasta kroppar under deras relativa rörelse (förskjutning) eller under rörelsen av en fast kropp i ett flytande eller gasformigt medium. Kallas annars friktionsinteraktion. Studerar friktionsprocesser... ... Wikipedia
Glidande friktionskrafter är krafter som uppstår mellan kontaktande kroppar under deras relativa rörelse. Om det inte finns något flytande eller gasformigt skikt (smörjmedel) mellan kropparna, kallas sådan friktion torr. Annars, friktion... ... Wikipedia
yttre glidfriktion- kontaktfriktion är mekaniskt motstånd mot en kropps rörelse på ytan av en annan; i deformationszonen uppstår under samverkan mellan verktyget och materialet som bearbetas. Funktioner för kontaktfriktion under bearbetning... ... Encyclopedic Dictionary of Metallurgy
Rullningslager med stationär ytterring Ett lager är en teknisk anordning som ingår i ett stöd som stöder en axel, axel eller annan struktur, fixerar en position i rymden, ger rotation, svängning eller linjär... ... Wikipedia
Ett stöd eller styrning av en mekanism eller maskin (se maskin), där friktion uppstår när matchande ytor glider. Baserat på lastuppfattningens riktning görs skillnad mellan radiella och axiella (axial) lastlager. Beroende på smörjläget... Stora sovjetiska encyklopedien
« Fysik - 10:e klass"
Kom ihåg vad friktion är.
Vilka faktorer beror det på?
Varför ändras rörelsehastigheten för blocket på bordet efter en tryckning?
En annan typ av kraft som behandlas inom mekanik är friktionskrafter. Dessa krafter verkar längs kropparnas ytor när de är i direkt kontakt.
Friktionskrafter förhindrar i alla fall den relativa rörelsen av kontaktkroppar. Under vissa förhållanden gör friktionskrafter denna rörelse omöjlig. Men de bromsar inte bara kropparnas rörelse. I ett antal praktiskt viktiga fall kunde en kropps rörelse inte ske utan inverkan av friktionskrafter.
Friktion som uppstår under relativ rörelse av kontaktytorna hos fasta kroppar kallas torr friktion.
Det finns tre typer av torrfriktion: statisk friktion, glidfriktion och rullfriktion.
Vila friktion.
Prova att flytta en tjock bok som ligger på bordet med fingret. Du applicerar lite kraft på den, riktad längs bordets yta, och boken förblir i vila. Följaktligen uppstår en kraft mellan boken och bordets yta, riktad motsatt kraften med vilken du verkar på boken, och exakt lika stor som den i storlek. Detta är friktionskraften tr. Du trycker på boken med mer kraft, men den stannar fortfarande på plats. Detta innebär att friktionskraften tr ökar lika mycket.
Friktionskraften som verkar mellan två kroppar som är stationära i förhållande till varandra kallas kraft statisk friktion.
Om en kropp påverkas av en kraft parallell med ytan på vilken den befinner sig, och kroppen förblir orörlig, betyder det att den påverkas av en statisk friktionskraft tr, lika stor och riktad i motsatt riktning mot kraft (Fig. 3.22). Följaktligen bestäms kraften av statisk friktion av kraften som verkar på den:
Om kraften som verkar på en kropp i vila till och med något överstiger den maximala kraften för statisk friktion, kommer kroppen att börja glida.
Det största värdet av friktionskraften, vid vilken glidning ännu inte inträffar, kallas maximal statisk friktionskraft.
För att bestämma den maximala statiska friktionskraften finns det en mycket enkel, men inte särskilt exakt kvantitativ lag. Låt det vara ett block på bordet med en dynamometer fäst vid den. Låt oss genomföra det första experimentet. Låt oss dra dynamometerringen och bestämma den maximala statiska friktionskraften. Blocket påverkas av tyngdkraften m, stödets 1 normala reaktionskraft, dragkraften 1, dynamometerfjädrarna och den maximala statiska friktionskraften tr1 (Fig. 3.23).
Låt oss placera ett annat liknande block på blocket. Tryckkraften från stängerna på bordet kommer att öka med 2 gånger. Enligt Newtons tredje lag kommer den normala reaktionskraften för stöd 2 också att öka med 2 gånger. Om vi mäter den maximala statiska friktionskraften igen ser vi att den har ökat lika många gånger som kraften 2 har ökat, dvs 2 gånger.
Om vi fortsätter att öka antalet stänger och varje gång mäter den maximala kraften av statisk friktion, kommer vi att vara övertygade om att
>det maximala värdet på modulen för den statiska friktionskraften är proportionell mot modulen för stödets normala reaktionskraft.
Om vi betecknar modulen för den maximala statiska friktionskraften med F tr. max, då kan vi skriva:
F tr. max = μN (3,11)
där μ är en proportionalitetskoefficient som kallas friktionskoefficienten. Friktionskoefficienten kännetecknar båda gnidytorna och beror inte bara på materialet på dessa ytor utan också på kvaliteten på deras bearbetning. Friktionskoefficienten bestäms experimentellt.
Detta beroende etablerades först av den franske fysikern C. Coulomb.
Om du placerar blocket på den mindre ytan, då F tr. max ändras inte.
Den maximala statiska friktionskraften beror inte på kontaktytan mellan kropparna.
Den statiska friktionskraften varierar från noll till ett maximalt värde lika med μN. Vad kan orsaka en förändring av friktionskraften?
Poängen här är denna. När en viss kraft appliceras på en kropp förskjuts den något (omärkligt för ögat), och denna förskjutning fortsätter tills ytornas mikroskopiska grovhet är placerade i förhållande till varandra på ett sådant sätt att de hakar på varandra. leda till uppkomsten av en kraft som balanserar kraften. När kraften ökar kommer kroppen återigen att röra sig något så att de minsta ytojämnheterna kommer att klamra sig fast vid varandra olika, och friktionskraften ökar.
Och endast vid > F tr. max, oavsett den relativa positionen för ytjämnheterna, kan friktionskraften inte balansera kraften och glidningen börjar.
Beroendet av glidfriktionskraftsmodulen på den verkande kraftmodulen visas i figur 3.24.
Vid gång och löpning utsätts fotsulorna för statisk friktion om inte fötterna glider. Samma kraft verkar på bilens drivhjul. De drivna hjulen påverkas också av en statisk friktionskraft, men denna gång bromsar rörelsen, och denna kraft är betydligt mindre än kraften som verkar på drivhjulen (annars skulle bilen inte kunna röra sig).
Länge tvivlade man på att ett ånglok kunde gå på släta räls. De trodde att friktionen som bromsar de drivna hjulen skulle vara lika med friktionskraften som verkar på drivhjulen. Det föreslogs till och med att göra drivhjulen växlade och lägga speciella växelskenor för dem.
Glidfriktion.
Vid glidning beror friktionskraften inte bara på gnidytornas tillstånd, utan också på kropparnas relativa hastighet, och detta hastighetsberoende är ganska komplicerat. Erfarenheten visar att ofta (men inte alltid) i början av glidningen, när den relativa hastigheten fortfarande är låg, blir friktionskraften något mindre än den maximala statiska friktionskraften. Först då, när hastigheten ökar, växer den och börjar överstiga F tr. max.
Du har säkert märkt att ett tungt föremål, till exempel en låda, är svårt att flytta, men då blir det lättare att flytta det. Detta förklaras exakt av minskningen av friktionskraften när glidning sker vid låg hastighet (se fig. 3.24).
Vid inte alltför höga relativa rörelsehastigheter skiljer sig glidfriktionskraften lite från den maximala statiska friktionskraften. Därför kan den ungefär betraktas som konstant och lika med den maximala statiska friktionskraften:
F tr ≈ F tr. max = μN.
Glidfriktionens kraft kan reduceras många gånger genom att använda ett smörjmedel - oftast ett tunt lager vätska (vanligtvis någon typ av mineralolja) - mellan gnidningsytorna.
Inte en enda modern maskin, som en bil eller traktormotor, kan fungera utan smörjning. Ett speciellt smörjsystem tillhandahålls under konstruktionen av alla maskiner.
Friktionen mellan lager av vätska intill fasta ytor är mycket mindre än mellan torra ytor.
Rullande friktion.
Den rullande friktionskraften är betydligt mindre än den glidande friktionskraften, så det är mycket lättare att rulla ett tungt föremål än att flytta det.
Friktionskraften beror på kropparnas relativa hastighet. Detta är dess huvudsakliga skillnad från tyngdkraften och elasticiteten, som bara beror på avstånd.
Motståndskrafter under rörelse av fasta kroppar i vätskor och gaser.
När en fast kropp rör sig i en vätska eller gas påverkas den av mediets dragkraft. Denna kraft riktas mot kroppens hastighet i förhållande till mediet och saktar ner rörelsen.
Huvuddragen hos dragkraften är att den endast uppträder i närvaro av relativ rörelse av kroppen och miljön.
Kraften av statisk friktion i vätskor och gaser är helt frånvarande.
Detta leder till det faktum att du med dina händers ansträngning kan flytta en tung kropp, till exempel en flytande båt, medan du, säg, ett tåg med händerna, är helt enkelt omöjligt.
Modulen för motståndskraften F c beror på kroppens ytas storlek, form och tillstånd, egenskaperna hos mediet (vätska eller gas) i vilket kroppen rör sig, och slutligen på den relativa rörelsehastigheten hos kroppen och mediet.
Den ungefärliga karaktären av beroendet av motståndskraftens modul av modulen för kroppens relativa hastighet visas i figur 3.25. Vid en relativ hastighet lika med noll verkar inte dragkraften på kroppen (F c = 0). När den relativa hastigheten ökar, växer dragkraften långsamt först, och sedan snabbare och snabbare. Vid låga rörelsehastigheter kan motståndskraften anses vara direkt proportionell mot kroppens rörelsehastighet i förhållande till mediet:
F c = k 1 υ, (3,12)
där k 1 är motståndskoefficienten, beroende på formen, storleken, tillståndet på kroppens yta och mediets egenskaper - dess viskositet. Det är inte möjligt att beräkna koefficienten k 1 teoretiskt för kroppar av någon komplex form den bestäms experimentellt.
Vid höga hastigheter av relativ rörelse är dragkraften proportionell mot kvadraten på hastigheten:
F c = k 2 υ 2 , υ, (3,13)
där k 2 är motståndskoefficienten som skiljer sig från k 1 .
Vilken av formlerna - (3 12) eller (3.13) - som kan användas i ett särskilt fall bestäms experimentellt. Till exempel, för en personbil är det tillrådligt att använda den första formeln vid ungefär 60-80 km/h vid högre hastigheter, den andra formeln bör användas.
DEFINITION
Från den andra ekvationen:
Friktionskraft:
Genom att ersätta uttrycket för friktionskraften i den första ekvationen får vi:
Vid inbromsning till helt stopp sjunker bussens hastighet från värde till noll, så bussen:
Genom att likställa de högra sidorna av relationerna för att accelerera en buss under nödbromsning får vi:
var är tiden tills bussen stannar helt:
Tyngdacceleration m/s
Genom att ersätta de numeriska värdena för fysiska kvantiteter i formeln, beräknar vi:
EXEMPEL 2
| Träning | En liten kropp placerades på ett lutande plan som gjorde en vinkel med horisonten och släpptes. Vilket avstånd kommer kroppen att färdas på 3 s om friktionskoefficienten mellan den och ytan är 0,2? |
| Lösning | Låt oss rita en bild och indikera alla krafter som verkar på kroppen.
Kroppen påverkas av gravitation, markreaktionskraft och friktionskraft Låt oss välja ett koordinatsystem, som visas i figuren, och projicera denna vektorlikhet på koordinataxeln:
Från den andra ekvationen: |
