ارائه در فیزیک با موضوع "نیروهای اصطکاک بین سطوح تماس اجسام جامد" (درجه 10). مقدمه نظری. اصطکاک در سطوح تماس دو جسم جامد رخ می دهد وابستگی نیروی اصطکاک به گرانش

اصطکاک در سطوح تماس دو جسم جامد رخ می دهد. نقش مهمی هم در تکنولوژی و هم در زندگی روزمره دارد. سه نوع اصطکاک خارجی وجود دارد: اصطکاک استاتیک، اصطکاک لغزشی، اصطکاک غلتشی. میزان نیروهای اصطکاک و ماهیت وابستگی آنها به سرعت به طور قابل توجهی تحت تأثیر وضعیت سطوح، پردازش آنها، وجود آلودگی و غیره است. در عین حال، بزرگی این نیروها به بزرگی فشار نرمال بین سطوح بستگی دارد. نیروی اصطکاک بین اجسام جامد در تماس یک ویژگی مشخص دارد: همراه با سرعت از بین نمی رود. نیروی اصطکاکی که بین اجسامی که در تماس هستند اما حرکت نمی کنند وجود دارد اصطکاک استاتیک. مقدار و جهت نیروی اصطکاک ایستا با بزرگی و جهت نیروی خارجی که باعث لغزش می شود تعیین می شود. نیروی اصطکاک ایستا از نظر بزرگی برابر و در جهت مخالف نیروی خارجی است که باعث حرکت شده است. نیروی اصطکاک استاتیکی نمی تواند از مقدار معینی تجاوز کند که به آن حداکثر نیروی اصطکاک ساکن (یا نیروی اصطکاک ایستا) می گویند. تا زمانی که نیروی خارجی از این مقدار تجاوز نکند، لغزش رخ نمی دهد (شکل 6.1). حداکثر مقدار با کاهش شدید دنبال می شود و یک نیروی اصطکاک لغزشی ثابت باقی می ماند.

اصطکاک استاتیک و اصطکاک لغزشی به اندازه سطح تماس اجسام جامد بستگی ندارد. برای این اجسام، نیروهای اصطکاک ایستا و لغزشی با نیروی فشار نسبت مستقیم دارند ن، که به طور همزمان هر دو بدن را فشرده می کند:

, , (6.1)

ضرایب اصطکاک استاتیک و لغزشی کجا و هستند. مقدار در بیشتر موارد از 0.2 تا 0.7 متغیر است. - از 0.2 تا 0.5.

اصطکاک استاتیک نقش مهمی در فناوری ایفا می کند. بیشترین میزان نیروی محرکه مورد نیاز برای چرخ های محرک اتومبیل ها و همچنین برای کفی عابران پیاده را تعیین می کند. در نقطه تماس با زمین، چرخ غلتان و کف پای شخص متحرک نسبت به زمین در حالت استراحت قرار دارند. بنابراین، اصطکاک استاتیک در اینجا عمل می کند. برعکس، اصطکاک لغزشی تقریباً همیشه تداخل دارد، بنابراین در ماشین‌ها و دستگاه‌ها تلاش می‌کنند تا حد امکان اصطکاک خارجی بین قطعات مالشی را از بین ببرند. با اصطکاک داخلی لایه های نازک مایع بین قطعات متحرک جایگزین می شود - این روغنکاری نامیده می شود.

سخنرانی 4. اصطکاک جامدات

اصطکاک خارجی، مقاومت مکانیکی که در صفحه تماس دو جسم در تماس در طول حرکت نسبی آنها رخ می دهد. نیروی مقاومت F tr که مخالف حرکت یک جسم معین است، نیروی اصطکاک وارد بر این جسم نامیده می شود. اصطکاک خارجی یک فرآیند اتلاف کننده است که با انتشار گرما، الکتریکی شدن اجسام، تخریب آنها و غیره همراه است.

بین اصطکاک لغزشی خارجی و اصطکاک غلتشی تمایز قائل شده است. اصطکاک لغزشی- نیرویی که در حین حرکت انتقالی یکی از اجسام تماس نسبت به دیگری ایجاد می شود و در جهت مخالف جهت لغزش بر روی این جسم عمل می کند.اصطکاک نورد - لحظه نیرویی که زمانی رخ می دهد که یکی از دو جسم در تماس نسبت به دیگری غلت می زند و از غلتش جلوگیری می کند.

مشخصه اصطکاک لغزشی- ضریب اصطکاک لغزشی f c - مقدار بی بعد برابر با نسبت نیروی اصطکاک به بار معمولی. یکی از مشخصه های اصطکاک غلتشی ضریب اصطکاک غلتشی f k است - مقداری که بعد طول دارد و نشان دهنده نسبت گشتاور اصطکاک غلتشی به بار معمولی است. شرایط خارجی (بار، سرعت، زبری، دما، روانکاری) بر ارزش اصطکاک خارجی کمتر از ماهیت بدنه های مالشی تأثیر می گذارد و چندین بار آن را تغییر می دهد.

مکانیسم اصطکاک توسط نظریه مکانیکی مولکولی اصطکاک توضیح داده می شود که در توسعه آن دانشمندان روسی (B.V. Deryagin، I.V. Kragelsky و غیره) و خارجی (Bowden، Tabor، Tomlinson و غیره) سهم بزرگی داشتند. بر اساس این نظریه، اصطکاک ماهیت مولکولی-مکانیکی دوگانه دارد. نیروی اصطکاک Ftr را می توان به صورت مجموع اجزای مولکولی (چسب) F a و مکانیکی (تغییر شکل) F σ نشان داد:

جزء مولکولی به دلیل مقاومت در برابر شکستن پیوندهای مولکولی یا بین اتمی است که بین اجسام در تماس ایجاد می شود. مکانیسم این فرآیند شبیه به تخریب شبکه کریستالی در حین برش است. اتلاف کار اصطکاک به گرما با تغییر شکل الاستیک شبکه های کریستالی همراه است. کار نیروی خارجی به انرژی پتانسیل شبکه ها تبدیل می شود. بعد از

در حالت اول، تماس بین سطوح غیر روغن کاری پوشیده شده با لایه های اکسیدی و لایه های نازک مولکول های گاز و آب جذب شده از محیط ایجاد می شود. در این حالت نیروی اصطکاک از اجزای چسبنده و چسبنده تشکیل شده است. اصطکاک خشک و مرزی در آنها مشابه است

طبیعت و الگوهای مشترکی دارند. دلیل آن این واقعیت است که در طول اصطکاک مرزی، لایه های تک مولکولی روان کننده به طور محکم به سطح جامد متصل می شوند، خواص جامد مانند دارند و به عنوان ادامه فاز جامد عمل می کنند. بنابراین، مانند اصطکاک خشک، در واقع تماس بین دو سطح جامد وجود دارد. تفاوت خود را در مقادیر مختلف ضریب اصطکاک نشان می دهد.

در حالت دوم، علاوه بر فیلم های ذکر شده، مولکول های روان کننده به شکل یک لایه نازک با ضخامت چندین مولکول وجود دارند که به طور محکم به سطح چسبیده اند. مشخصه در این مورد کاهش در هر دو جزء است.

در حالت سوم، لایه ای از روان کننده مایع سطوح جفت گیری را به طور کامل جدا می کند. مولفه چسبندگی به صفر کاهش می یابد.

مطالعات متعدد نشان داده است که برای فلزات جزء تغییر شکل ضریب اصطکاک تقریباً 100 برابر کمتر از جزء چسب است. بنابراین، ضریب اصطکاک در یک تقریب اول برابر با مولفه چسبندگی است. وضعیت برای پلاستیک و لاستیک تا حدودی متفاوت است. در مورد دوم، اختلاف بیش از یک مرتبه کاهش می یابد، و اگر لاستیک روی یک سطح تقریباً پردازش شده بلغزد، جزء تغییر شکل نباید نادیده گرفته شود.

روغن کاری و بسیاری از عوامل دیگر.

برنج. 4.2. مدار تریبومتر

تعیین نیروها و ضرایب اصطکاک خارجی. با تغییر شکل های الاستیک در مناطق تماس، برهمکنش اجسام جامد می تواند با تماس غیر اشباع و اشباع رخ دهد.

با تماس غیر اشباع الاستیکفواصل بین مناطق تماس منفرد به اندازه کافی بزرگ است به طوری که می توان از تأثیر مناطق روی یکدیگر غافل شد. مجموع نیروی اصطکاک هنگام لغزش یک جسم کاملاً صلب با سطح ناهموار نسبت به جسم نرمتر با سطح کاملاً صاف برابر است با

که در آن F i نیروی اصطکاک ناشی از یک میکرو زبری دلخواه است. n r - تعداد ریز زبری هایی که نفوذ یکسانی دارند.

برای تعیین نیروی F i، فرآیندهایی را در نظر می گیریم که در ناحیه تماس یک ریز زبری منفرد رخ می دهند (شکل 4.3). مولفه تغییر شکل نیروی اصطکاک به دلیل خاصیت ارتجاعی ناقص مواد لایه های تغییر شکل یافته ایجاد می شود. ناشی از تلفات هیسترزیس است. مطابق با تحقیقات دانشمند انگلیسی D. Tabor

جزء تغییر شکل نیروی اصطکاک برابر است

که در آن E مدول الاستیک ماده تغییر شکل پذیر است. μ نسبت پواسون این ماده است. α hist - ضریب تلفات هیسترزیس مواد در شرایط تنش پیچیده.

برنج. 4.3. توزیع تنش ها در هنگام تغییر شکل های الاستیک در ناحیه تماس توپ با سطح صاف بدنه تغییر شکل پذیر

جزء مولکولینیروی اصطکاک ناشی از فعل و انفعالات بین اتمی و بین مولکولی است و برابر است با

سپس کل نیروی اصطکاک ناشی از لغزش ریز زبری دلخواه را می توان به صورت زیر بیان کرد:

نیروی اصطکاک Ftr از عبارت (4.4) محاسبه می شود، که در آن تمام پارامترهای i از طریق کمیت های شناخته شده تعیین می شوند. اگر تعریف کنیم

بار نرمال P بسته به رویکرد، سپس ضریب اصطکاک را می توان بسته به رویکرد f = محاسبه کرد

F tr /P . محاسبات نشان می دهد که با افزایش مجاورت بین سطوح جامدات، جزء مولکولی

ضریب اصطکاک (شامل پارامترهای اصطکاک τ0 و β) کاهش می‌یابد و تغییر شکل افزایش می‌یابد. وابستگی ضریب اصطکاک به پارامتر h/R در شکل نشان داده شده است. 4.4.

برنج. 4.4.وابستگی ضریب اصطکاک به مجاورت

نتایج تجربی.رفتار یک ماده تحت اصطکاک با عمق انتشار تغییر شکل پلاستیک در نمونه تعیین می شود. با افزایش فشار معمولی، ابتدا تغییر شکل های الاستیک و سپس پلاستیک در نقاط تماس واقعی ایجاد می شود. برخی از تغییر شکل های مرتبط با خزش مواد نیز پس از آن، تحت شرایط بار ثابت رخ می دهد. تعادل نهایی پس از اینکه سطح تماس واقعی برای تامین ظرفیت باربری مورد نیاز کافی باشد برقرار می شود. بنابراین، پس از اجرا شدن سطح، یک رژیم اصطکاک ثابت برقرار می شود که در آن سایش سطح با رشد لایه های تغییر شکل یافته جدید در تعادل است. در شکل 4.5 و 4.6 وابستگی ضریب اصطکاک به فشار را در حالت پایدار روانکاری مرزی هنگام لغزش نمونه های فولاد 36NKhTYu در حالت سخت شده و کهنه شده بر روی فولاد سخت شده نشان می دهد. 45. فولاد آستنیتی 36NKhTYu

ساختار و خواص تریبولوژیکی مواد در هر مورد خاص، در رابطه با یک واحد اصطکاک خاص.

برنج. 4.6. وابستگی ضریب اصطکاک

(k) از فشار برای آلیاژ 36НХТУ سخت شده از 9700 درجه سانتیگراد (1) و پس از سخت شدن در 7500 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت (2)

شکل 4.7. وابستگی ضریب اصطکاک نمونه ساخته شده از فولاد 36NKhTYu (a) و مس (b) به سرعت لغزش و بار

در شکل شکل 4.7 سطوح تشکیل شده توسط مقادیر ضریب اصطکاک مس و آلیاژ 36NKhTYu را بسته به سرعت لغزش و بار نشان می دهد. ضریب اصطکاک مس در طول یک منحنی با حداکثر بسته به بار در تمام سرعت ها متفاوت است. برای آلیاژ 36NKhTYu، ضریب اصطکاک در سرعت های پایین عملا مستقل از نیروی اعمالی است. افزایش بار در سرعت های بالا منجر به کاهش ضریب اصطکاک می شود. این نشان می دهد که سهم نیروی اصطکاک ناشی از جریان پلاستیک لایه سطحی کاهش می یابد. این با کاهش امکان پذیر است

ویسکوزیته مواد همراه با افزایش تحریک در طول اصطکاک. ظاهراً فرآیند تکه تکه شدن لایه های سطحی که منجر به افزایش تحرک عناصر سازنده سازه می شود، حائز اهمیت است.

برنج. 4.8. وابستگی لحظه نیروی اصطکاک ماده کامپوزیت TiC-NiCr (a) به بار جفت شده با آلیاژهای مختلف (b - TiC-NiCr؛ c - 3B16K؛ d - ترکیب بر اساس برنز KAM)

تجزیه و تحلیل پارامترهای اصطکاک (شکل 4.8) نشان می دهد که نقش عمده ای در فرآیند تماس دو ماده در طول لغزش نسبی آنها توسط گرمای آزاد شده بر روی سطح و در لایه نزدیک به سطح ایفا می شود.

در واقع، نمونه‌ای از تأثیر دمای تماس بر فرآیند اصطکاک می‌تواند رفتار مواد کامپوزیتی TiC-NiCr در طول اصطکاک به صورت جفت با موادی از جمله TiC-NiCr CM، استلایت و ترکیب «آلیاژ سخت - برنز» باشد. در هدایت حرارتی متفاوت است. در این آزمایشات، زمانی که رابط به شکل یک مهر و موم مکانیکی بود، حذف گرما از ناحیه اصطکاک عمدتاً به دلیل هدایت حرارتی مواد در تماس انجام می شود. از آنجایی که هدایت حرارتی CM TiCNiCr و استلایت (3B16K) به طور قابل توجهی کمتر از ترکیب CM توسعه یافته برای واحدهای اصطکاک بسیار بارگذاری شده است، ماهیت اصطکاک باید متفاوت باشد. در واقع، از شکل. 4.8b واضح است که اصطکاک یک جفت CMهای TiC-NiCr یکسان پس از چند دقیقه کار در بار 1 تن ناپایدار می شود. افزایش بار به 2 تن با جهش در گشتاور اصطکاک همراه است که نشان می دهد

برنج. 4.9. نمایش شماتیک توزیع دما در لایه سطحی در مورد تغییر شکل پلاستیک در اثر اصطکاک

نیروی اصطکاک. انواع نیروهای اصطکاک خشک

نیروهای اصطکاک هنگام تماس اجسام یا حرکت اجزای آنها نسبت به یکدیگر ظاهر می شوند. اصطکاک که در طول حرکت نسبی دو جسم در تماس رخ می دهد خارجی نامیده می شود. اصطکاک بین اجزای یک جسم جامد (مثلاً مایع یا گاز) نامیده می شود اصطکاک داخلی .

نیروی اصطکاکی که هنگام حرکت جسم جامد نسبت به یک محیط مایع یا گاز ایجاد می شود باید به عنوان نیرو طبقه بندی شود. اصطکاک داخلیاز آنجایی که در این حالت لایه هایی از محیط که در تماس مستقیم با جسم هستند توسط آن با همان سرعتی که بدن دارد به حرکت در می آیند و حرکت بدن تحت تأثیر اصطکاک بین این لایه های محیط خارجی قرار می گیرد. به آنها.

تعریف 1

اصطکاک بین سطوح دو جسم جامد در صورت عدم وجود لایه ای مانند روان کننده بین آنها را می گویند. خشک . اصطکاک بین یک محیط جامد و یک مایع یا گاز و همچنین بین لایه های چنین محیطی نامیده می شود. چسبناک (یا مایع). در رابطه با اصطکاک خشک عبارتند از: اصطکاک لغزشی, اصطکاک غلتشیو اصطکاک استاتیک.

نیروی اصطکاک لغزشی

اصطکاک لغزشی زمانی اتفاق می افتد که یک جسم روی سطح جسم دیگر حرکت می کند. هرچه وزن بدنه بیشتر باشد و ضریب اصطکاک بین این سطوح بیشتر باشد (ضریب بستگی به ماده ای دارد که سطوح از آن ساخته شده اند)، نیروی اصطکاک لغزشی بیشتر است.

نیروی اصطکاک لغزشی به سطح سطوح در تماس بستگی ندارد. هنگام حرکت، بلوکی که روی بزرگترین وجه خود قرار دارد، همان نیروی اصطکاک لغزشی را خواهد داشت که گویی روی کوچکترین وجه خود قرار می گیرد.

دلایل نیروی اصطکاک لغزشی:

کوچکترین بی نظمی در سطوح دو جسم وسیله ای است که به وسیله آن اجسام هنگام حرکت به یکدیگر می چسبند. اگر نیروی اصطکاک لغزشی وجود نداشته باشد، جسمی که در اثر یک نیروی کوتاه مدت بر روی آن به حرکت در می‌آید، به حرکت یکنواخت ادامه می‌دهد. با این حال، از آنجایی که نیروی اصطکاک لغزشی وجود دارد و بر خلاف حرکت بدن است، بدن به تدریج متوقف می شود.

فعل و انفعالات بین مولکولی بر روی سطوح تماس دو جسم. این فعل و انفعال فقط می تواند روی سطوح بسیار صاف و صیقلی رخ دهد. مولکول های اجسام مختلف بسیار نزدیک به هم هستند و جذب می شوند. به همین دلیل حرکت بدن کند می شود.

بردار نیروی اصطکاک لغزشی $\overline(F)_(mp) $ همیشه مخالف بردار سرعت جسم نسبت به جسم در تماس با آن است. بنابراین عمل نیروی اصطکاک لغزشی همیشه منجر به کاهش مدول سرعت نسبی اجسام می شود.

نیروی اصطکاک غلتشی

نیروی اصطکاک غلتشی زمانی اتفاق می‌افتد که جسم دیگری، معمولاً گرد، روی سطح یک جسم غلت می‌زند. به عنوان مثال، چرخ های وسایل نقلیه که در جاده می چرخند، یک بشکه روی یک تپه به سمت خود چرخیده است، یک توپ روی زمین. نیروی اصطکاک غلتشی بسیار کمتر از نیروی اصطکاک لغزشی است. به یاد داشته باشید، حمل یک کیسه بزرگ روی چرخ آسان تر از کشیدن آن در امتداد زمین است. دلیل آن در روش متفاوت تماس بین جسم متحرک و سطح نهفته است. به نظر می رسد که هنگام غلت زدن، چرخ فشار می آورد، سطح را زیر خود له می کند و از آن خارج می شود. یک چرخ غلتکی مجبور نیست مانند زمانی که بدنه های لغزنده بسیاری از بی نظمی های سطحی کوچک را بگیرد.

یادداشت 1

هرچه سطح سخت تر باشد، نیروی اصطکاک غلتشی کمتر می شود. به عنوان مثال، دوچرخه سواری روی شن و ماسه دشوارتر از آسفالت است، زیرا روی ماسه باید بر نیروی اصطکاک غلتشی بیشتری غلبه کنید. این به دلیل این واقعیت است که از سطوح سخت خارج می شود، آنها بیش از حد فشرده نمی شوند. می توان گفت نیرویی که از چرخ بر روی یک سطح جامد وارد می شود صرف تغییر شکل نمی شود، بلکه تقریباً تمام آن به صورت یک نیروی واکنش پشتیبانی معمولی برمی گردد.

نیروی اصطکاک استاتیک

نیرویی که در مرز تماس اجسام در غیاب حرکت نسبی اجسام ایجاد می شود، نیروی اصطکاک ساکن نامیده می شود.

نیروی اصطکاک ساکن $\overline(F)_(mp) $ برابر با نیروی خارجی $\overline(F)$ است که به صورت مماس بر سطح تماس اجسام و در جهت مخالف آن است:

نیروی اصطکاک ساکن همه جا ما را احاطه کرده است. تمام اجسامی که بر روی اجسام دیگر قرار دارند توسط نیروی اصطکاک ساکن نگه داشته می شوند. نیروی اصطکاک ساکن حتی برای نگه داشتن اجسام روی سطوح شیبدار کافی است. به عنوان مثال، ممکن است شخصی در دامنه تپه ای با یک بلوک بی حرکت روی یک خط کش کمی شیبدار ایستاده باشد. علاوه بر این، به لطف نیروی اصطکاک ایستا، اشکال حرکتی مانند پیاده روی و سواری امکان پذیر است. در این موارد "چسبندگی" به سطح به دلیل نیروی اصطکاک ایستا رخ می دهد و در نتیجه ممکن است از سطح خارج شود.

دلایل نیروی اصطکاک ساکن مانند نیروی اصطکاک لغزشی است.

نیروی اصطکاک ایستا زمانی اتفاق می افتد که تلاش برای حرکت دادن یک جسم ایستاده انجام شود. تا زمانی که نیرویی که بدن را به حرکت در می آورد کمتر از نیروی اصطکاک ساکن باشد، بدن در جای خود باقی می ماند. به محض اینکه این نیرو از حداکثر نیروی اصطکاک استاتیک معینی برای این دو جسم تجاوز کرد، یک جسم نسبت به دیگری شروع به حرکت می کند و نیروی اصطکاک لغزشی یا غلتشی از قبل بر روی آن اثر می گذارد.

تبصره 2

در بیشتر موارد، حداکثر نیروی اصطکاک ساکن اندکی بیشتر از نیروی اصطکاک لغزشی است. بنابراین، برای شروع حرکت کابینت، ابتدا باید کمی بیشتر از زمانی که کابینت در حال حرکت است، تلاش کنید. اغلب تفاوت بین نیروهای اصطکاک ساکن و لغزش نادیده گرفته می شود، آنها را برابر در نظر می گیریم.

در ساده ترین مدل اصطکاک خشک، قوانین زیر رعایت می شود. آنها تعمیم حقایق تجربی هستند و ماهیت تقریبی دارند:

حداکثر مقدار نیروی اصطکاک استاتیک برابر با نیروی اصطکاک لغزشی است.

مقدار مطلق نیروی اصطکاک لغزشی مستقیماً با نیروی واکنش پشتیبانی متناسب است: $\overline(F)_(mp) =\mu N$ و ضریب تناسب $\mu $ ضریب اصطکاک نامیده می شود.

ضریب اصطکاک به سرعت حرکت بدن بر روی سطح ناهموار بستگی ندارد.

ضریب اصطکاک به مساحت سطوح در تماس بستگی ندارد.

مثال 1

دانش‌آموزان آهن‌ربایی با جرم 30 دلار گرم روی تخته مدرسه نصب کردند. آهنربا با نیروی 6 دلار H$ روی تخته فشار داده می شود. اگر ضریب اصطکاک 0.3 دلار باشد، چه نیرویی باید اعمال شود تا آهنربا را به سمت پایین بلغزانید و آن را به صورت عمودی به سمت بالا حرکت دهید؟

داده شده: $m=30$g، $N=6 H$، $\mu =0.3$.

پیدا کنید: $F_(1) $، $F_(2) $-؟

راه حل:

تصویر 1.

برای اینکه آهنربا را به سمت پایین حرکت دهید، مجموع نیروی گرانش $mg$ و نیروی اعمالی اضافی $F_(1) $ باید برابر با نیروی اصطکاک $F_(B@) $ (یا بیشتر باشد):

$mg+F=F_(mp) $ (1).

از فرمول (1) و از فرمول کلی نیروی اصطکاک

ما نیروی مورد نیاز برای لغزش آهنربا را پیدا می کنیم:

$F_(mp) =\mu N$($N$ نیرویی است که با آن آهنربا بر روی تخته فشار داده می شود):

$F_(1) =\mu N-mg=1.5 H$.

برای نیروی رو به بالا، معادله (1) به شکل زیر خواهد بود:

$F_(2) =\mu N+mg=2.1 H$

پاسخ:$F_(1) =1.5 H$، $F_(2) =2.1 H$.

هنوز نسخه HTML کار وجود ندارد.

اسناد مشابه

نیروهایی که بین اجسام در تماس در طی حرکت نسبی آنها ایجاد می شود. تعیین مقدار و جهت نیروی اصطکاک لغزشی، قانون آمونتون-کولن. انواع اصطکاک در مکانیزم ها و ماشین ها. چسبندگی به سطح برای اطمینان از حرکت.

ارائه، اضافه شده در 2014/12/16


ویژگی های روش های تقریبی برای تعیین ضریب اصطکاک لغزشی، ویژگی های محاسبه آن برای مواد مختلف. معنی و محاسبه نیروی اصطکاک طبق قانون کولن. طراحی و اصل عملکرد تاسیسات برای تعیین ضریب اصطکاک.

کارهای آزمایشگاهی، اضافه شده در 1389/01/12


تاریخچه پیدایش نیروی اصطکاک - فرآیند برهمکنش اجسام در حین حرکت نسبی آنها (جابجایی) یا در حین حرکت یک جسم در یک محیط گازی یا مایع. پیدایش نیروهای لغزشی و اصطکاک ایستا در محل اتصال اجسام در تماس، راههای کاهش آنها.

چکیده، اضافه شده در 2015/07/30


علت اصطکاک و مصادیق آن: حرکت محور چرخ، غلتیدن توپ در کف افقی. فرمول های محاسبه نیروی اصطکاک در فیزیک نقش اصطکاک در زندگی روی زمین: راه رفتن، چرخش چرخ های محرک وسیله نقلیه.

ارائه، اضافه شده در 2011/01/16


نیروهای گرانشی، الکترومغناطیسی و هسته ای. برهمکنش ذرات بنیادی مفهوم گرانش و جاذبه. تعیین نیروی الاستیک و انواع اصلی تغییر شکل. ویژگی های نیروهای اصطکاک و نیروهای استراحت. تجلیات اصطکاک در طبیعت و فناوری.

ارائه، اضافه شده در 2012/01/24


نیروی اصطکاک نیرویی است که هنگام برخورد اجسام ایجاد می شود و در امتداد مرز تماس هدایت می شود و از حرکت نسبی اجسام جلوگیری می کند. علل اصطکاک. نیروی اصطکاک استاتیکی، لغزشی و غلتشی. کاربرد روغن کاری و بلبرینگ.

ارائه، اضافه شده در 11/12/2013


اصطکاک به عنوان فرآیندی از برهمکنش بین اجسام جامد در حین حرکت نسبی یا در حین حرکت جسم جامد در یک محیط گازی یا مایع. انواع اصطکاک، محاسبه اصطکاک استاتیک، لغزشی و غلتشی. محاسبه ضرایب اصطکاک برای جفت سطوح مختلف.

کار عملی، اضافه شده 05/10/2010


اصطکاک در دنیای کلان و نانو. تفاوت اساسی بین نیروهای اصطکاک و نیروهای چسبندگی حرکت جسم جامد در محیط مایع. انواع اصلی کهکشان ها بیضوی، مارپیچی و نامنظم هستند. ساختار فضایی کیهان. اصل نسبیت گالیله

ارائه، اضافه شده در 2013/09/29


نیروی اصطکاک نیرویی است که هنگام برخورد اجسام ایجاد می شود و در امتداد مرز تماس هدایت می شود و از حرکت نسبی اجسام جلوگیری می کند. علل اصطکاک. نقش اصطکاک در زندگی روزمره، در تکنولوژی و در طبیعت. اصطکاک مضر و مفید.

ارائه، اضافه شده در 2014/02/09


تعریف حرکت انتقالی کنش و واکنش. جهت نیرو. نیروی اصطکاک استاتیک و نیروی اصطکاک خشک. نیروهای جذب متقابل داستان درباره این است که چگونه "قو، سرطان و پایک شروع به حمل باری کردند" از دیدگاه فیزیک.

نیروی اصطکاک در شرایط زمینی با هر حرکت اجسام همراه است. اگر این اجسام نسبت به یکدیگر حرکت کنند، زمانی اتفاق می افتد که دو جسم با هم تماس پیدا کنند. نیروی اصطکاک همیشه در امتداد سطح تماس هدایت می شود، برخلاف نیروی الاستیک که به صورت عمود هدایت می شود (شکل 1، شکل 2).

برنج. 1. تفاوت بین جهت نیروی اصطکاک و نیروی الاستیک

برنج. 2. سطح روی بلوک و بلوک روی سطح عمل می کند

انواع خشک و غیر خشک اصطکاک وجود دارد. نوع خشک اصطکاک زمانی رخ می دهد که اجسام جامد در تماس باشند.

بیایید بلوکی را در نظر بگیریم که روی یک سطح افقی قرار دارد (شکل 3). گرانش و نیروی واکنش زمین بر آن اثر می گذارد. بیایید با نیروی کمی روی بلوک عمل کنیم , در امتداد سطح هدایت می شود. اگر بلوک حرکت نکند به این معنی است که نیروی اعمال شده توسط نیروی دیگری متعادل می شود که به آن نیروی اصطکاک ایستا می گویند.

برنج. 3. نیروی اصطکاک ساکن

نیروی اصطکاک استراحت () در جهت مخالف و از نظر بزرگی برابر با نیرویی است که می‌خواهد جسمی را به موازات سطح تماس آن با جسم دیگر حرکت دهد.

با افزایش نیروی "برشی"، بلوک در حالت سکون باقی می ماند، بنابراین، نیروی اصطکاک استاتیک نیز افزایش می یابد. با مقداری نیروی به اندازه کافی بزرگ، بلوک شروع به حرکت می کند. این بدان معنی است که نیروی اصطکاک استاتیک نمی تواند به طور نامحدود افزایش یابد - یک حد بالایی وجود دارد که فراتر از آن نمی تواند باشد. مقدار این حد حداکثر نیروی اصطکاک استاتیکی است.

بیایید با استفاده از دینامومتر به بلوک فشار وارد کنیم.

برنج. 4. اندازه گیری نیروی اصطکاک با استفاده از دینامومتر

اگر دینامومتر با نیرویی روی آن وارد شود، می بینید که با افزایش جرم بلوک، یعنی با افزایش گرانش و نیروی واکنش پشتیبانی، حداکثر نیروی اصطکاک ساکن بیشتر می شود. اگر اندازه‌گیری‌های دقیق انجام شود، نشان می‌دهد که حداکثر نیروی اصطکاک استاتیکی نسبت مستقیمی با نیروی واکنش پشتیبانی دارد:

مدول حداکثر نیروی اصطکاک ساکن کجاست. ن- نیروی واکنش زمین (فشار عادی)؛ – ضریب اصطکاک استاتیکی (تناسب). بنابراین، حداکثر نیروی اصطکاک استاتیکی با نیروی فشار عادی نسبت مستقیم دارد.

اگر آزمایشی را با یک دینامومتر و یک بلوک با جرم ثابت انجام دهید، در حالی که بلوک را در طرف های مختلف می چرخانید (تغییر منطقه تماس با جدول)، می توانید ببینید که حداکثر نیروی اصطکاک استاتیک تغییر نمی کند (شکل 1). 5). در نتیجه، حداکثر نیروی اصطکاک استاتیکی به سطح تماس بستگی ندارد.

برنج. 5. حداکثر مقدار نیروی اصطکاک استاتیک به منطقه تماس بستگی ندارد

مطالعات دقیق تر نشان می دهد که اصطکاک استاتیک کاملاً با نیروی وارد شده به بدنه و فرمول تعیین می شود.

نیروی اصطکاک ایستا همیشه مانع حرکت جسم نمی شود. به عنوان مثال، نیروی اصطکاک ساکن بر روی کف کفش، شتاب ایجاد می کند و به فرد اجازه می دهد بدون لیز خوردن روی زمین راه برود (شکل 6).

برنج. 6. نیروی اصطکاک ایستا وارد بر کف کفش

مثال دیگر: نیروی اصطکاک استاتیکی که بر روی چرخ خودرو وارد می شود به شما امکان می دهد بدون لیز خوردن شروع به حرکت کنید (شکل 7).

برنج. 7. نیروی اصطکاک استاتیکی که بر روی چرخ ماشین وارد می شود

در درایوهای تسمه، نیروی اصطکاک ساکن نیز عمل می کند (شکل 8).

برنج. 8. نیروی اصطکاک استاتیک در محرک های تسمه

اگر جسمی حرکت کند، نیروی اصطکاک وارد بر آن از سطح ناپدید نمی شود، این نوع اصطکاک نامیده می شود. اصطکاک لغزشی. اندازه گیری ها نشان می دهد که نیروی اصطکاک لغزشی تقریباً برابر با حداکثر نیروی اصطکاک ساکن است (شکل 9).

برنج. 9. نیروی اصطکاک لغزشی

نیروی اصطکاک لغزشی همیشه بر خلاف سرعت حرکت بدن است، یعنی مانع حرکت می شود. در نتیجه، وقتی جسمی فقط تحت تأثیر اصطکاک حرکت می کند، به آن شتاب منفی می دهد، یعنی سرعت بدن دائماً کاهش می یابد.

مقدار نیروی اصطکاک لغزشی نیز متناسب با نیروی فشار عادی است.

مدول نیروی اصطکاک لغزشی کجاست. ن- نیروی واکنش زمین (فشار عادی)؛ – ضریب اصطکاک لغزشی (تناسب).

شکل 10 نموداری از نیروی اصطکاک در مقابل نیروی اعمالی را نشان می دهد. دو حوزه متفاوت را نشان می دهد. بخش اول که در آن نیروی اصطکاک با افزایش نیروی اعمالی افزایش می یابد، مربوط به اصطکاک استاتیکی است. بخش دوم که در آن نیروی اصطکاک به نیروی خارجی بستگی ندارد، مربوط به اصطکاک لغزشی است.

برنج. 10. نمودار نیروی اصطکاک در مقابل نیروی اعمالی

ضریب اصطکاک لغزشی تقریباً برابر با ضریب اصطکاک استاتیک است. به طور معمول، ضریب اصطکاک لغزشی کمتر از واحد است. این بدان معنی است که نیروی اصطکاک لغزشی کمتر از نیروی فشار معمولی است.

ضریب اصطکاک لغزشی مشخصه مالش دو جسم به یکدیگر است؛ بستگی به این دارد که بدنه ها از چه موادی ساخته شده اند و سطوح به خوبی پردازش شده اند (صاف یا ناهموار).

منشا نیروهای اصطکاک ایستا و لغزشی با این واقعیت تعیین می شود که هر سطحی در سطح میکروسکوپی مسطح نیست؛ ناهمگنی های میکروسکوپی همیشه در هر سطحی وجود دارد (شکل 11).

برنج. 11. سطوح اجسام در سطح میکروسکوپی

هنگامی که دو جسم در تماس سعی می کنند نسبت به یکدیگر حرکت کنند، این ناپیوستگی ها درگیر می شوند و از این حرکت جلوگیری می کنند. با مقدار کمی نیروی اعمال شده، این درگیری برای جلوگیری از حرکت اجسام کافی است، بنابراین اصطکاک ایستا ایجاد می شود. هنگامی که نیروی خارجی از حداکثر اصطکاک ساکن فراتر رود، درگیری زبری برای نگه داشتن اجسام کافی نیست و آنها شروع به حرکت نسبت به یکدیگر می کنند، در حالی که نیروی اصطکاک لغزشی بین اجسام اعمال می شود.

این نوع اصطکاک زمانی اتفاق می‌افتد که اجسام بر روی یکدیگر می‌غلطند یا زمانی که یک جسم بر روی سطح دیگری غلت می‌زند. اصطکاک غلتشی، مانند اصطکاک لغزشی، به بدن شتاب منفی می دهد.

وقوع نیروی اصطکاک غلتشی به دلیل تغییر شکل بدنه نورد و سطح نگهدارنده است. بنابراین، چرخی که روی یک سطح افقی قرار دارد، دومی را تغییر شکل می دهد. وقتی چرخ حرکت می‌کند، تغییر شکل‌ها زمان بازیابی ندارند، بنابراین چرخ باید دائماً از یک تپه کوچک بالا برود که باعث ایجاد لحظه‌ای نیرو می‌شود که سرعت غلتش را کاهش می‌دهد.

برنج. 12. ظهور نیروی اصطکاک غلتشی

بزرگی نیروی اصطکاک غلتشی معمولاً چندین برابر نیروی اصطکاک لغزشی است و همه چیزهای دیگر برابر هستند. به همین دلیل، نورد یک نوع حرکت رایج در فناوری است.

هنگامی که یک جسم جامد در یک مایع یا گاز حرکت می کند، نیروی مقاومتی از محیط روی آن وارد می شود. این نیرو بر خلاف سرعت بدن است و حرکت را کند می کند (شکل 13).

ویژگی اصلی نیروی پسا این است که فقط در حضور حرکت نسبی جسم و محیط آن به وجود می آید. یعنی نیروی اصطکاک ساکن در مایعات و گازها وجود ندارد. این منجر به این واقعیت می شود که فرد می تواند حتی یک بارج سنگین را روی آب حرکت دهد.

برنج. 13. نیروی مقاومتی که بر جسم وارد می شود هنگام حرکت در مایع یا گاز

مدول نیروی مقاومت به موارد زیر بستگی دارد:

از اندازه بدن و شکل هندسی آن (شکل 14).

شرایط سطح بدن (شکل 15).

خواص مایع یا گاز (شکل 16).

سرعت نسبی بدن و محیط آن (شکل 17).

برنج. 14. وابستگی مدول نیروی مقاومت به شکل هندسی

برنج. 15. وابستگی مدول نیروی مقاومت به وضعیت سطح بدن

برنج. 16. وابستگی مدول نیروی مقاومت به خواص مایع یا گاز

برنج. 17. وابستگی مدول نیروی مقاومت به سرعت نسبی بدنه و محیط آن

شکل 18 نموداری از نیروی مقاومت در برابر سرعت بدنه را نشان می دهد. در سرعت نسبی برابر با صفر، نیروی پسا روی بدنه اثر نمی گذارد. با افزایش سرعت نسبی، نیروی پسا در ابتدا به کندی رشد می کند و سپس سرعت رشد افزایش می یابد.

برنج. 18. نمودار نیروی مقاومت در برابر سرعت بدن

در سرعت های نسبی پایین، نیروی پسا با بزرگی این سرعت نسبت مستقیم دارد:

سرعت نسبی کجاست – ضریب مقاومت که به نوع محیط چسبناک، شکل و اندازه بدن بستگی دارد.

اگر سرعت نسبی به اندازه کافی بزرگ باشد، نیروی پسا متناسب با مجذور این سرعت می شود.

سرعت نسبی کجاست – ضریب مقاومت

انتخاب فرمول برای هر مورد خاص به صورت تجربی تعیین می شود.

جسمی با وزن 600 گرم به طور یکنواخت در طول یک سطح افقی حرکت می کند (شکل 19). در همان زمان، نیرویی به آن وارد می شود که قدر آن 1.2 نیوتن است. مقدار ضریب اصطکاک بین جسم و سطح را تعیین کنید.