Cum de a mări fricțiunea

V-ați întrebat vreodată de ce mâinile se încălzesc când le curățați repede sau de ce frecarea a două bastoane poate declanșa un incendiu? Răspunsul este fricțiunea! Atunci când două suprafețe sunt frecate unul împotriva celuilalt, ele rezistă în mod natural mișcării la nivel microscopic. Această rezistență poate provoca eliberarea de energie sub formă de căldură, încălzirea mâinilor, provocarea unui incendiu și așa mai departe. Cu cât frecare este mai mare, cu atât este eliberată mai multă energie - știind astfel cum să măriți frecarea dintre piesele în mișcare într-un sistem mecanic poate permite prea multă căldură!

conținut

Pași
Metoda 1crearea unei suprafețe de frecare mai înalte
Metoda 2cresterea fluidei
Sfaturi
Surse și cotatii

pași

Metoda 1
Crearea unei suprafețe de frecare mai înalte

Imaginea intitulată Crește fricțiunea Pasul 1

Creați un punct de contact mai dur sau lipicios. Atunci când două materiale se alunecă sau se șterg, se pot întâmpla trei lucruri: se pot uni mici decupări, fisuri și neregularități ale suprafețelor - una sau ambele suprafețe se pot deforma ca răspuns la mișcare - și în final atomii de pe fiecare suprafață interacționați unul cu celălalt. În scopuri practice, toate aceste efecte fac același lucru: generează frecare. Alegerea suprafețelor abrazive (cum ar fi șmirghelul), deformarea la presare (cum ar fi cauciucul) sau interacțiunile adezive cu alte suprafețe (cum ar fi lipici etc.) reprezintă o modalitate simplă de a mări fricțiunea.

Cărțile de inginerie și caracteristicile similare pot fi instrumente excelente atunci când alegeți ce materiale să utilizați pentru a genera frecare ridicată. Cele mai multe materiale de construcții are un coeficient de frecare cunoscut faptul că este, măsoară cantitatea de frecare generate cu alte suprafețe. Coeficienții de frecare numai câteva materiale sunt enumerate mai jos (mai mare coeficient, cu atât mai mare frecare):
Aluminiu aluminiu: 0,34
Lemn pe lemn: 0,129
Betonul uscat pe cauciuc: 0,6-0,85
Cauciuc beton umed: 0,45 - 0,75
Gheață pe gheață: 0,01

Imaginea intitulată Crește fricțiunea Pasul 2

Apăsați cele două suprafețe mai mult împreună. Un principiu fundamental al fizicii fundamentale este acela că fricțiunea unui obiect este proporțională cu forța lui normală (pentru scopurile noastre, adică, practic, forța exercitată de obiectul în care se alunecă). Aceasta înseamnă că frecarea dintre două suprafețe poate fi mărită dacă suprafețele sunt presate cu forță mai mare.

Dacă ați utilizat deja un set de frâne pe disc (de exemplu, pe o mașină sau pe o motocicletă), ați respectat acest principiu în acțiune. În acest caz, apăsarea frânelor împinge un set de tampoane care generează frecare pe discurile metalice atașate la roți. Cu cât sunt aplicate mai mult frânele, cu atât este mai mare intensitatea cu care sunt depuse tampoanele pe discuri și cu atât mai mare este fricțiunea generată. Acest lucru poate opri vehiculul rapid, dar poate elibera și o mulțime de căldură, motiv pentru care un set de frâne este foarte cald după o frânare bruscă.

Imaginea intitulată Creșterea fricțiunii Pasul 3

Dacă o suprafață este în mișcare, opriți-o. Până în prezent ne-am concentrat pe frecare cinetică - frecare care are loc între două obiecte sau suprafețe care se înfricoșă reciproc. De fapt, această fricțiune este diferită de cea static- fricțiunea care apare atunci când un obiect începe să se deplaseze împotriva celuilalt. În esență, frecarea dintre două obiecte este mai mare atunci când încep să se miște unul cu celălalt. Odată ce acestea sunt deja în mișcare, frecarea scade. Acesta este unul dintre motivele pentru care este mai greu să începeți să împingeți un obiect greu decât să continuați să îl mișcați.

Încercați acest experiment simplu pentru a observa diferența dintre frecare statică și cinetică: așezați un scaun sau mobilier pe un plan plat în casa dvs. (altul decât un covor sau covor). Asigurați-vă că mobilierul nu are picioare sau alte materiale care să ușureze mutarea acestuia pe podea. Încercați să împingeți mobilierul suficient pentru a începe să se miște. Ar trebui să realizați că, de îndată ce mobilul începe să se miște, devine mai ușor să îl împingi. Acest lucru se datorează faptului că frecarea cinetică dintre mobilier și podea este mai mică decât frecarea statică.

Imaginea intitulată Creșterea fricțiunii Pasul 4

Îndepărtați lubrifierea dintre cele două suprafețe. Lubrifianții, cum ar fi uleiul, grăsimea, jeleul de petrol și așa mai departe, pot reduce foarte mult frecarea dintre două obiecte sau suprafețe. Acest lucru se datorează faptului că frecarea dintre două solide este de obicei mult mai mare decât frecare dintre aceste solide și lichidul dintre ele. Pentru a mări frecarea, încercați să îndepărtați oricare dintre lubrifianți, folosind doar părțile "uscate" pentru a genera frecare.

Pentru a vedea potențialul de reducere a frecării lubrifianților, încercați acest experiment simplu: Roșiți-vă mâinile împreună ca și cum ați fi reci și doriți să le încălziți. Ar trebui să observați imediat încălzirea datorată frecării. Apoi puneți o cantitate bună de loțiune pe palme și încercați același lucru. Nu numai că ar fi mai ușor să frecați mâinile rapid, dar va fi și mai puțină căldură.

Imaginea intitulată Creste fricțiunea Pasul 5

Scoateți roțile sau lagărele pentru a crea fricțiuni prin alunecare. Roți, rulmenți și alte obiecte de aceeași experiență de tip un tip special de frecare numit frecare de rulare. Aceasta frecare este adesea mult mai mică decât cea generată de un simplu alunecare-obiect este de ce aceste obiecte tind să se rostogolească mai degrabă decât diapozitiv deasupra solului. Pentru a crește frecarea în sistemul mecanic, încercați să eliminați roți, rulmenți, și așa mai departe, astfel încât părțile se freacă unele de altele, mai degrabă decât rola.

De exemplu, luați în considerare diferența dintre tragerea unei greutăți de-a lungul solului într-un vagon în comparație cu tragerea unei greutăți similare pe o sanie. Un vagon are roți, deci este mult mai ușor decât să tragi o sanie, care se strecoară pe pământ, generând o cantitate mare de frecare alunecoasă.

Imaginea intitulată Creșteți fricțiunea Pasul 6

Creșteți vâscozitatea fluidului. Obiectele solide nu sunt singurele lucruri care pot genera frecare. Fluidele (lichide și gaze, cum ar fi apă și aer, respectiv) pot genera de asemenea frecare. Cantitatea de frecare generată de un fluid care se deplasează pe un solid depinde de mai mulți factori, iar unul dintre cele mai ușor de controlat este vâscozitatea, denumită în mod obișnuit "grosimea" ei. În general, fluidele foarte vâscoase (cele care sunt "groase", "lipicioase" etc.) generează mai multă frecare decât fluidele mai puțin vâscoase (cele "moi" și "lichide").

De exemplu, luați în considerare diferența de efort atunci când suflați apa și mierea printr-o paie. Apa, care nu este prea vâscoasă, este ușor de suge și de suflare dintr-o paie. Draga, pe de altă parte, se mișcă mai greu prin paie. Acest lucru se datorează vâscozității ridicate a mierei, care generează o mulțime de frecare atunci când este forțată printr-un tub îngust, ca o paie.

Metoda 2
Cresterea fluidei

Imaginea intitulată Creșterea fricțiunii Pasul 7

Creșteți suprafața expusă aerului. După cum sa menționat mai sus, lichide, cum ar fi apa și aerul, pot genera frecare atunci când se deplasează împotriva obiectelor solide. Forța de frecare experimentat de un obiect în mișcare printr-un fluid se numește tragere (denumit și „rezistența aerului“, „rezistență la apă“, etc.) Una dintre proprietățile este tragere obiect cu o secțiune mai mare adică acelea care au un profil mai mare pentru fluid în timp ce se mișcă, au o rezistență mai mare. Fluidul are o suprafață mai mare de contact cu obiectul.

De exemplu, să spunem că o piatră și o foaie de hârtie cântăresc un gram. Dacă eliberăm ambele în același timp, piatra va cădea direct la sol, în timp ce hârtia va pluti încet până când ajunge la sol. Acesta este principiul tragerii - aerul împinge pe fața largă a hârtiei, producând tragerea și determinând coborârea cu o viteză mai mică decât piatra, care are o zonă mai mică a secțiunii.

Imaginea intitulată Creșteți fricțiunea Pasul 8

Utilizați o formă cu un coeficient de rezistență mai mare. În timp ce suprafața secțiunii transversale a unui obiect este un bun indiciu pentru cât de mare este dragul dvs., de fapt, calculele de tragere sunt puțin mai complicate. Diferitele forme interacționează cu fluidele în diferite moduri în timp ce trec prin ele. Aceasta înseamnă că unele forme (de exemplu plăci plate) pot avea un traul mult mai mare decât diferite forme (de exemplu, sfere) fabricate din aceeași cantitate de material. Deoarece suma care măsoară cantitatea relativă de tragere realizată de o formă este numită "coeficient de rezistență", formatele care au o mulțime de tragere au un coeficient mare de tragere.

De exemplu, ia în considerare o aripă de avion. Forma lor tipică este numită pernă de aer. Această formă, netedă, îngustă, rotunjită și subțire, trece ușor prin aer, având un coeficient redus de tracțiune - 0,45. Pe de altă parte, imaginați-vă dacă un avion avea aripi ascuțite, pătrate, în formă de prism. Ele ar genera mult mai multe frecare, deoarece ar trece prin aer cu mare rezistență. De fapt, prismele au un coeficient de rezistență de rulare mult mai mare decât airfoils - aproximativ 1.14.

Imaginea intitulată Creșterea fricțiunii Pasul 9

Utilizați un flux mai puțin aerodinamic. Într-un fenomen legat cu diferiți coeficienți de tragere în moduri diferite, fără obiecte aerodinamice generează mai trageți decât altele. Aceste obiecte sunt făcute cu margini drepte și dure și, de obicei, nu sunt mai subțiri pe spatele obiectului. Pe de altă parte, cu fluxul aerodinamic sunt înguste, în general, au margini rotunjite și scade treptat spre partea din spate a corpului obiect asemănător unui pește.

De exemplu, ia în considerare modul în care sedanul cel mai comun este construit astăzi și în ultimele decenii. În trecut, majoritatea mașinilor au avut un aspect pătrat și au fost proiectate cu margini drepte și pătrate. Astăzi, majoritatea sedanelor sunt mult mai agile și încorporează curbe netede. Acest lucru este intenționat deoarece organismele aerodinamice încetinesc tragerea, reducând astfel cantitatea de muncă pe care motorul trebuie să o deplaseze pentru a deplasa mașina (astfel crescând economia de combustibil).

Imaginea intitulată Creșteți fricțiunea Pasul 10

Utilizați materiale mai puțin permeabile. Unele tipuri de materiale sunt permeabile la fluide. Cu alte cuvinte, ele au găuri prin care poate trece fluidul. Acest lucru reduce în mod eficient zona obiectului care atinge fluidul, reducând tragerea. Această proprietate este valabilă chiar dacă spațiile sunt microscopice - atâta timp cât găurile sunt suficient de mari pentru a permite fluidului să treacă prin obiect, tragerea va fi redusă. Acesta este motivul pentru care parașutele, care sunt proiectate să creeze prea multă dragoste pentru a încetini căderea utilizatorului, sunt fabricate din mătase sau din nailon, nu din tifon sau filtre de cafea.

Pentru un exemplu al acestei proprietăți în acțiune, ia în considerare faptul că o rachetă de ping pong poate fi utilizată mai repede dacă vom face niște găuri în ea. Găurile permit aerului să treacă prin rachetă, reducând tracțiunea și permițând mișcări mai rapide.

Imaginea intitulată Crește fricțiunea Pasul 11

Măriți viteza obiectului. În cele din urmă, indiferent de forma obiectului sau de cât de permeabil este materialul din care este realizat, tragerea va crește întotdeauna pe măsură ce crește viteza. Cu cât un obiect este mai mult, cu atât este mai mare cantitatea de fluid pe care va trebui să o călătorească și, prin urmare, cu atât mai mare este greutatea. Obiectele la viteze foarte mari pot experimenta o mulțime de frecare datorită tragerii, deci trebuie să fie foarte aerodinamice sau vor suferi să tragă.

De exemplu, considerați Lockheed SR-71 "Blackbird", un avion experimental spion construit în timpul Războiului Rece. Blackbird, care ar putea zbura la viteze mai mari de Mach 3.2, a experimentat tractiune extrema la aceste viteze mari, in ciuda designului aerodinamic - suficient de extins pentru ca fuselajul metalic sa se extinda datorita caldurii generate.

sfaturi

Nu uitați că frecare prea mare poate elibera o mulțime de energie sub formă de căldură! De exemplu, nu veți dori să atingeți plăcuțele de frână după declanșarea acestora.
Rețineți că forțele de tracțiune mari pot provoca daune structurale unui obiect care trece printr-un fluid. De exemplu, dacă puneți o placă subțire de placaj în apă în timp ce vă aflați într-o barcă de mare viteză, există o șansă bună ca obiectul să se rupă.