Какие виды силы трения различают. Естественные и точные науки
Трение - совокупность явлений, вызывающих сопротивление движению относительно друг друга макроскопических тел (внешнее трение) или элементов одного и того же тела (внутреннее трение), при котором механическая энергия рассеивается преимущественно в виде тепла . Внешнее трение происходит на границе контакта двух твердых тел. Внутреннее трение возникает, в потоках жидкости или при деформации твердого тела , между частями что перемешаются друг относительно друга.
Внешнее трение (трение) - явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах контакта их поверхностей, тангециально к ним. (ГОСТ 2823-94)
1. Виды внешнего трения
При наличии относительного движения двух тел, контактирующих между собой силы трения, возникающие при этом, можно разделить на:
2. Физическая природа
Физическая природа трения до конца не изучена. Существуют различные научные школы, которые трактуют природу трения с разных позиций, например с точки зрения физики металлов, электрической природы и т.д.
Количественно проявление трения между твердыми телами описывается силой трения .
Явление внутреннего трения в жидкостях и газах называется вязкостью .
3. Диссипация энергии
При трении энергия макроскопического механического движения переходит в энергию микроскопического движения атомов и молекул. Человечество научилось использовать этот эффект для добывания огня.
4. Электризация трением
Подробнее в статье Трибоэлектрических эффектПри трении поверхности многих тел заряжаются, что свидетельствует о электростатическую природу трения. Этот процесс используется для создания статических зарядов. Одним из распространенных примеров такой электризации трением в современном мире электризация барабана в фотокопировальных машин . С помощью электризации трением можно создавать очень большие напряжения , как, например, в электростатическом генераторе Ван де Граафа .
5. Смазки
Различают трения без смазочного материала (сухое трение) и трения с смазочным материалом, подводимой в зону трения. Для уменьшения трения используются различные
Еще в школьные годы, в седьмом или восьмом классе, каждый человек знакомится с новым понятием динамической физики, - трением. Однако многие, повзрослев, забывают, и каким образом действует эта сила. Давайте попробуем разобраться в этой теме.
Определение понятия
Трение - это явление, которое заключает в себе следующий смысл: когда два тела соприкасаются друг с другом, на месте их контакта образуется особое взаимодействие, препятствующее телам продолжать движение относительно друг друга. Ясно, что можно подсчитать значение взаимодействия этих тел. как раз таки и характеризует данное взаимодействие количественно. Если трение происходит между твердыми телами (например, взаимодействие книги с книжной полкой или яблока со столом), то такое взаимодействие называется сухим трением.
Следует понимать, что трение - это сила, имеющая электромагнитную природу. Это означает, что причиной возникновения данной силы является взаимодействие между частицами, из которых состоит то или иное тело.
Каким бывает трение?
Благодаря разнообразию существующих в нашем мире предметов можно определить, что каждый из них имеет свою структуру и обладает индивидуальными свойствами. Это означает, что и взаимодействие между различными предметами будет отличаться. Для правильного понимания сути и грамотного решения многих задач в физике принято условно разделять три вида трения. Итак, разберем каждый по отдельности:
- Первое трение - это трение покоя, которое возникает при отсутствии относительного перемещения двух тел. Мы можем наблюдать его примеры повсюду, ведь сила, возникающая при этом трении, удерживает предметы в равновесии. Например, товары на движущейся ленте транспортера, вбитый в стену гвоздь или человек, стоящий на полу.
- Трение скольжения - это условно второе трение. Значение скольжения определяется таким образом: когда к телу, находящемуся в равновесии, прикладывают силу, которая больше, чем сила трения покоя, начинает действовать сила трения скольжения, и тело сдвигается с места.
- И наконец, трение качения , объясняющее взаимодействие двух тел, одно из которых перекатывается по поверхности другого. Разница в и скольжения объясняется тем, что при любом движении площади тела смещаются по длине поверхности соприкосновения, и вместо разорванных межмолекулярных связей образуются новые. А в случае когда колесо катится без проскальзывания, молекулярные связи при подъеме участков колеса разрываются гораздо быстрее, чем при скольжении. Получается, что сила трения качения меньше силы скольжения.
Где и как можно использовать трение?
Трение - это незаменимое явление, без которого мы бы не смогли делать элементарные вещи: ходить, сидеть или же просто держать предметы в руках. Поэтому не стоит недооценивать значение трения. Как говорил французский физик Гильом: "Не будь трения, наша Земля была бы без единой шероховатости, она была бы подобна жидкой капле".
Пожалуй, лучший пример, который наиболее точно характеризует трение, - это работа колеса. Еще в древности было замечено, что силы трения качения гораздо меньше сил трения скольжения. Именно неоспоримая польза трения качения послужила причиной того, что люди стали подкладывать бревна или катки для перемещения тяжелых и габаритных грузов. С течением времени люди совершенствовали знания об удивительных свойствах трения качения, наблюдали за движением предметов под воздействием сил трения и, наконец, изобрели колесо! В современном мире невозможно представить жизни без этих незаменимых деталей, ведь колеса - это вторые "двигатели" любого транспорта!
Как вычислить значение силы трения?
Как и любая другая обладает целочисленными значениями. Для того чтобы точно определить, сколько силы потребуется для перемещения или других видов работ, необходимо подсчитать силу трения покоя. Этим обычно занимаются инженеры, когда, например, строят заводы или же изобретают новые устройства. Однако даже обычные школьники сталкиваются с определенными задачами, где требуется вычислить силу трения. Итак, чтобы подсчитать его значение, нужно просто воспользоваться несложной формулой: F трения = K * N, где k - это коэффициент трения. Значение всех коэффициентов зависит всегда от поверхности предмета, по которому движется или с которым взаимодействует тело. "N" в нашей формуле означает силу на тело. Она зависит в первую очередь от массы тела, которое соприкасается с поверхностью опоры.
Вычисляем значение силы в задаче
Допустим, тело массой m = 3 кг находится на горизонтальной доске. между деревянной доской и телом равен 0,3. Как же найти значение силы трения? Очень просто, всего-то нужно подставить наши значения в формулу. Только нужно учесть, что N в данном случае равен весу тела (по 3-му закону Ньютона). Итак, искомая сила равна (m * g) * k = (3 кг * 10 м/с 2) * 0,3 = 9 H.
С трением мы сталкиваемся, когда перемещаем относительно друг друга какие-нибудь тела (кинетическое трение) либо стараемся привести в движение тела, находящиеся в состоянии покоя (статическое трение). Трение возникает, когда два тела, перемещающиеся относительно друг друга, соприкасаются своими внешними поверхностями (внешнее трение) или когда элементы структуры тела (атомы, молекулы) перемещаются относительнодруг друга (внутреннее трение). Внутреннее трение может иметь место в жидкостях, газах и твердых телах. Классификация видов трения представлена в табл. 2.5. При трении кроме механических имеют место тепловые, электрические, магнитные и другие явления. Таблица 2.5
Кинетическое трение (трение движения) – возникает при перемещении друг относительно друга каких-либо тел.
Статическое трение (трение покоя) – возникает, когда неподвижное тело начинает движение из состояния покоя.
Внешнее трение – возникает, когда два тела, перемещающиеся относительно друг друга, соприкасаются своими внешними поверхностями.
Внутреннее трение – когда элементы структуры тела (атомы, молекулы) перемещаются относительно друг друга. Имеет место в твердых телах, жидкостях и газах.
Трение без смазочного материала (сухое трение) – трение двух тел при отсутствии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида.
Трение со смазочным материалом (жидкостное трение) – трение двух тел при наличии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида.
Трение скольжения
– трение движения двух твердых тел, при котором скорости тел в точках контакта различны по величине и направлению, или по величине или по направлению (рис. 2.1).
Трение качения – трение движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по величине и направлению (рис.2.2) Рис. 2.2
Граничное трение – трение при наличии пленки граничной смазки.
Анализируя выше приведенные определения различных видов трения можно сформулировать общее определение процесса трения.
Смазочный материал – материал вводимый на поверхность трения для снижения силы трения (F ТР) и интенсивности изнашивания (масло – поверхностно активное вещество невозможно полностью выдавить При низких температурах происходит сильный износ из-за кристаллизации масла).
Трение и изнашивание - две стороны одного и того же явления, обусловленного взаимодействием двух тел, сжимаемых нормальной нагрузкой и перемещающихся друг по другу в плоскости их касания.
Трение проявляется в виде противодействия относительному перемещению, т, е. характеризует силовую сторону явления. Изнашивание проявляется в виде разрушения поверхностных слоев взаимодействующих тел и изменения вследствие этого их размеров и формы.
При трении наблюдаются два вида взаимодействия поверхностей - механическое и молекулярное. Механическое взаимодействие характеризуется взаимным зацеплением и внедрением соприкасающихся неровностей. Внедрение происходит вследствие неоднородности механических свойств материалов или различной ориентированности кристаллов, образующих поверхностные слой и обладающих анизотропией упругих свойств.
Молекулярное взаимодействие обусловлено действием молекулярных или межатомных сил, приводящих к взаимному притяжению двух тесно сближенных тел.
По кинематическим признакам различают:
а) трение скольжения или трение I рода, при котором одни и те же точки одного тела приходят в соприкосновение все с новыми и новыми точками другого тела;
б) трение качения или трение II рода, при котором следующие одна за другой точки одного тела переходят в соприкосновение со следующими одна за другой точками другого тела, причем мгновенный центр вращения одного тела относительно другого совпадает с одной из точек касания.
В практике часто один вид трения сопровождается другим. Например, в зубчатых передачах происходит комбинированное трение - трение качения сопровождается трением скольжения. Чем совершеннее геометрия зубчатого зацепления, тем меньше доля скольжения.
По признаку состояния трущихся поверхностей в зависимости от наличия на них смазки различают следующие виды трения:
а) сухое трение, возникающее при отсутствии смазки и загряз нения между трущимися поверхностными деталями;
б) граничное трение, возникающее на трущихся поверхностях деталей, разделенных слоем смазки весьма небольшой толщины (10-20 мкм). При таких условиях масляная пленка полностью не разделяет поверхности и обычные уравнения гидродинамики для вязкой жидкости в этом случае неприемлемы. Износ трущихся поверхностей при граничном трении протекает во много раз медленнее, чем при сухом трении;
в) жидкостное трение, при котором трущиеся поверхности полностью разделены слоем смазки. Внешнее давление при жидкостном трении воспринимается смазочной жидкостью. Жидкостное трение значительно уменьшает потери энергии на преодоление вредных сопротивлений и износ деталей машин;
г) трение полусухое, при котором между трущимися деталями имеется адсорбированная пленка смазки, частично разрываемая;
значительная часть нагрузки передается при непосредственном* контакте трущихся поверхностей, а меньшая - через пленку масла;
д) трение полужидкостное, при котором между трущимися деталями находится масляный слой, несущий основную нагрузку, но он недостаточен для полного разделения трущихся поверхностей.
Коэффициент
трения от момента пуска до нормальных
условий работы пары вал-подшипник
принимает следующие значения: в момент
пуска в условиях сухого трения
=
0.2 - 0,25; при установившемся режиме
сухого трения
=0,15-0,20;
при полусухом трении
=
0,05 - 0,15; при полужидкостном
=
0,01 - 0,05; при жидкостном
=
0,001 - 0,01.
|
ТЕМА 2 |
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ Сила трения (Fтр.) - это сила, возникающая при контакте поверхностей двух тел и препятствующая их относительному перемещению. Она появляется за счёт электромагнитных сил, возникающих атомами и молекулами в месте контакта этих двух объектов. Чтобы остановить движущийся объект, сила должна действовать в противоположную по отношению к направлению движения сторону. Например, если толкнуть книгу через стол, то она начнёт движение. Сила, с которой вы воздействовали на книгу, будет перемещать её. Книга скользит, затем замедляется и останавливается из-за влияния силы трения. Особенности сил тренияТрение, о котором говорилось выше, проявляющееся при движении объектов называют внешним или сухим. Но оно может существовать и между частями или слоями одного объекта (жидкого или газообразного), такой вид называют внутренним.
Виды тренияВыделяют несколько видов. Рассмотрим их различия. На книгу, скользящую по столу, действует трение скольжения. Сила трения скольженияГде N - сила реакции опоры. Обратите внимание на некоторые ситуации:  Если человек едет на велосипеде, то трение, возникающее во время контакта колеса с дорогой - трение качения. Такой вид силы значительно меньше по величине силы трения скольжения. Сила трения каченияСущественно меньшие значения величины такого вида силы используют люди, используя колесо, ролики и шариковые подшипники в различных движущихся частях устройств. Шарль Огюстен Кулон в своей работе по теории трения предложил вычислять силу трения качения следующим образом:
F тр. п. действует в ответ на силы, стремящиеся вызвать движение стационарного объекта. Если на неподвижный объект нет внешнего воздействия, то величина этой силы равна нулю. Если внешнее воздействие появляется (F), то сила трения покоя возрастает до максимума, а затем тело начинает движение. Величина силы трения скольжения практически совпадает с максимумом силы трения покоя.
, Сила трения в жидкостях и газахТакой вид силы называют силой сопротивления среды. Она замедляет движение объекта. Более обтекаемая форма объекта влияет на величину силы сопротивления - она значительно уменьшается. Поэтому в судостроении используются обтекаемые формы корпусов кораблей или подводных лодок.
|
