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

اصطکاک در سطوح تماس دو جسم جامد رخ می دهد. هم در تکنولوژی و هم در زندگی روزمره نقش مهمی 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. با این 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 اجسام در تماس وجود دارد اما در حرکت وجود دارد نامیده می شود اصطکاک استاتیک. مقدار و جهت نیروی اصطکاک ایستا با بزرگی و جهت نیروی خارجی که باید باعث لغزش می شد 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 استراحت و اصطکاک لغزشی به اندازه ناحیه تماس اجسام جامد بستگی ندارد. برای این اجسام، نیروهای اصطکاک استاتیکی 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 در حالت استراحت نقش اساسی در فناوری ایفا می کند. بیشترین میزان نیروی محرکه لازم را برای چرخ های محرک اتومبیل ها و همچنین برای کفی عابران پیاده تعیین می کند. در نقطه تماس با زمین، چرخ غلتشی و کف پای شخص متحرک نسبت به زمین در حالت استراحت قرار دارند. بنابراین، اصطکاک در اینجا کار می کند. برعکس، اصطکاک لغزشی تقریباً همیشه تداخل دارد، بنابراین، در ماشین‌ها و دستگاه‌ها، آنها تلاش می‌کنند تا در صورت امکان، اصطکاک خارجی بین قطعات مالشی را حذف کنند. 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، الکتریسیته شدن اجسام، تخریب آنها و غیره همراه است.

بین اصطکاک لغزشی و غلتشی خارجی تمایز قائل شوید. اصطکاک لغزشی- نیروی ناشی از حرکت انتقالی یکی از اجسام تماس نسبت به دیگری و در جهت مخالف جهت لغزش بر این جسم وارد می شود.اصطکاک غلتشی - لحظه نیروهای ناشی از غلتش یکی از دو جسم در تماس نسبت به دیگری که از غلتش جلوگیری می کند.

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

مکانیسم وقوع اصطکاک با تئوری مولکولی-مکانیکی اصطکاک توضیح داده می شود که توسعه آن توسط دانشمندان روسی (B.V. Deryagin، I.V. Kragelsky و غیره) و دانشمندان خارجی (Bowden، Tabor، Tomlinson و غیره) کمک زیادی کرده است. بر اساس این نظریه، اصطکاک ماهیت مولکولی-مکانیکی دوگانه دارد. نیروی اصطکاک F tr 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 گسیختگی پیوندهای مولکولی یا بین اتمی است که بین اجسام در تماس رخ می دهد. 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، سطوح غیر روغن کاری شده با لایه های اکسیدی پوشیده شده و نازک ترین لایه های مولکول های گاز و آب که از محیط جذب می شوند، در تماس هستند. در این حالت نیروی اصطکاک مجموع اجزای چسب و چسبنده است. اصطکاک خشک و مرزی در آنها مشابه است

طبیعت و الگوهای مشترکی دارند. دلیل آن این واقعیت است که در مورد اصطکاک مرزی، لایه‌های تک مولکولی روان‌کننده به طور محکم به سطح جامد متصل می‌شوند، خواص جامد مانندی دارند و به عنوان ادامه‌ی فاز جامد عمل می‌کنند. بنابراین، مانند اصطکاک خشک، در واقع تماس بین دو سطح جامد وجود دارد. تفاوت در مقادیر مختلف ضریب اصطکاک آشکار می شود.

در حالت دوم، علاوه بر فیلم های فوق، مولکول هایی از روان کننده ها به صورت یک لایه نازک به ضخامت چندین مولکول وجود دارد که به طور محکم به سطح چسبیده اند. مشخصه در این مورد کاهش هر دو جزء و جزء دیگر است.

در حالت سوم لایه ای از روان کننده مایع سطوح جفت گیری را کاملا جدا می کند. جزء چسب به صفر کاهش می یابد.

مطالعات متعدد نشان داده است که برای فلزات جزء تغییر شکل ضریب اصطکاک حدود 100 برابر کمتر از مولفه چسبندگی است. بنابراین ضریب اصطکاک در تقریب اول برابر با جزء چسب 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 ناهموار بلغزد، جزء تغییر شکل نباید نادیده گرفته شود.

روان کننده ها و بسیاری از عوامل دیگر.

برنج. 4.2. طرح تریبومتر

تعیین نیروها و ضرایب اصطکاک خارجی. با تغییر شکل های الاستیک در مناطق تماس، برهمکنش اجسام جامد را می توان در تماس غیر اشباع و اشباع انجام داد.

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

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

برای تعیین نیروی F i، فرآیندهایی را در نظر بگیرید که در ناحیه تماس یک ریز زبری منفرد رخ می دهند (شکل 4.3). جزء تغییر شکل نیروی اصطکاک به دلیل خاصیت ارتجاعی ناقص مواد لایه‌های تغییر شکل‌پذیر ایجاد می‌شود. این به دلیل تلفات هیسترزیس است. مطابق با تحقیقات دانشمند انگلیسی D. Tabor

جزء تغییر شکل نیروی اصطکاک است

که در آن E مدول الاستیسیته ماده تغییر شکل پذیر است. μ نسبت پواسون این ماده است. α hist ضریب تلفات هیسترزیس ماده در شرایط یک حالت تنش پیچیده است.

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

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

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

نیروی اصطکاک F tr از عبارت (4.4) محاسبه می شود، که در آن تمام پارامترهای i-ام از طریق مقادیر شناخته شده تعیین می شوند. اگر تعریف کنیم

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

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

ضریب اصطکاک (شامل پارامترهای اصطکاکی τ0 و β) کاهش می یابد، در حالی که ضریب تغییر شکل افزایش می یابد. وابستگی ضریب اصطکاک به پارامتر h/R در شکل نشان داده شده است. 4.4.

برنج. 4.4 وابستگی ضریب اصطکاک به رویکرد

نتایج تجربی.رفتار ماده در هنگام اصطکاک با عمق انتشار تغییر شکل پلاستیک در نمونه تعیین می شود. با افزایش فشار عادی بر روی نقاط تماس واقعی، ابتدا تغییر شکل های الاستیک و سپس پلاستیک ایجاد می شود. برخی از تغییرات شکل 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 در سطح، یک حالت اصطکاک ثابت برقرار می شود که در آن سایش سطح با رشد لایه های تغییر شکل یافته جدید در تعادل است. روی انجیر شکل‌های 4.5 و 4.6 وابستگی ضریب اصطکاک به فشار را در حالت پایدار روان‌کاری مرزی هنگام لغزش نمونه‌های فولادی 36NKhTYu در حالت‌های سخت شده و کهنه شده بر فولاد سخت شده نشان می‌دهند. 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

(ک) فشار برای آلیاژ 36NKhTYu که از 9700 درجه سانتیگراد (1) خاموش شده و پس از خاموش کردن در دمای 7500 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت پیر می شود (2)

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

روی انجیر 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 امتداد 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 لایه‌های سطحی که منجر به افزایش تحرک عناصر تشکیل‌دهنده سازه می‌شود، در این مورد اهمیت دارد.

برنج. 4.8. وابستگی لحظه نیروی اصطکاک مواد کامپوزیتی TiC-NiCr (a) به بار در یک جفت با آلیاژهای مختلف (b - TiC-NiCr؛ c - 3V16K؛ d - ترکیب بر اساس برنز KAM)

تجزیه و تحلیل پارامترهای اصطکاک (شکل 4.8) نشان می دهد که گرمای آزاد شده بر روی سطح و در لایه نزدیک به سطح نقش مهمی در فرآیند تماس دو ماده با لغزش نسبی آنها دارد.

در واقع، نمونه‌ای از تأثیر دمای تماس بر فرآیند اصطکاک می‌تواند رفتار مواد کامپوزیتی TiC-NiCr در طول اصطکاک پشت سر هم با مواد باشد که از جمله آنها می‌توان به TiC-NiCr CM، استلایت و «آلیاژ سخت-برنز» اشاره کرد. ترکیب، که در هدایت حرارتی متفاوت است. در این آزمایش‌ها، 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 می‌شود. از آنجایی که رسانایی حرارتی CM TiCNiCr و استلایت (3V16K) بسیار کمتر از کامپوزیت CM است که برای واحدهای اصطکاک بسیار بارگذاری شده است، ماهیت اصطکاک باید متفاوت باشد. در واقع، از شکل 4.8b می توان مشاهده کرد که اصطکاک یک جفت CMهای TiC-NiCr یکسان پس از چند دقیقه کارکرد در بار 1 تن ناپایدار می شود. افزایش بار به 2 تن با جهش در گشتاور اصطکاک همراه است. نشان می دهد

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

نیروی اصطکاک. انواع نیروهای اصطکاک خشک

نیروهای اصطکاک هنگام تماس اجسام یا حرکت اجزای آنها نسبت به یکدیگر ظاهر می شوند. اصطکاک ناشی از حرکت نسبی دو جسم در تماس 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 لایه‌هایی از محیط که در تماس مستقیم با جسم هستند توسط آن با همان سرعت بدن به حرکت کشیده می‌شوند و حرکت جسم تحت تأثیر اصطکاک بین این لایه‌های محیط خارجی قرار می‌گیرد. به آنها.

تعریف 1

اصطکاک بین سطوح دو جامد در غیاب هر لایه میانی، مانند روان کننده بین آنها، نامیده می شود. خشک . اصطکاک بین یک جسم جامد و یک محیط مایع یا گاز و همچنین بین لایه های چنین محیطی نامیده می شود. چسبناک (یا مایع). با توجه به اصطکاک خشک، وجود دارد 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. هر چه 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 می شود.

نیروی اصطکاک لغزشی به سطح سطوح تماس بستگی ندارد. هنگام حرکت، بلوکی که روی بزرگ‌ترین وجه خود قرار دارد، همان نیروی اصطکاک لغزشی را دارد که اگر روی کوچک‌ترین وجه قرار گرفته باشد.

علل نیروی اصطکاک لغزشی:

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

برهمکنش های بین مولکولی در سطوح تماس دو جسم. این فعل و انفعال فقط می تواند روی سطوح بسیار صاف و به خوبی صیقل خورده رخ دهد. مولکول های اجسام مختلف بسیار نزدیک به هم هستند و جذب می شوند. به همین دلیل حرکت بدن متوقف می شود.

بردار نیروی اصطکاک لغزشی $\overline(F)_(mp) $ همیشه برعکس 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 در جاده می چرخند، یک بشکه از 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 کیف بزرگ روی چرخ ها آسان تر از کشیدن آن در امتداد زمین است. دلیل آن در نحوه تماس متفاوت جسم متحرک و سطح است. هنگام چرخش، چرخ، همانطور که بود، فشار می دهد، سطح زیر خود را خرد می کند، از آن دفع می شود. یک چرخ غلتکی مجبور نیست مانند زمانی که بدنه های لغزنده بسیاری از بی نظمی های سطحی کوچک را بگیرد.

تبصره 1

هر چه 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 زیادی غلبه کنید. این به دلیل این واقعیت است که از سطوح سخت خارج می شود، آنها به شدت فشرده نمی شوند. می توان گفت نیرویی که از کنار چرخ بر روی سطح جامد وارد می شود صرف تغییر شکل نمی شود بلکه تقریباً تمام آن به صورت نیروی واکنش عادی تکیه گاه برمی گردد.

نیروی اصطکاک ساکن

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

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

نیروی اصطکاک ساکن در اطراف ما وجود دارد. تمام اجسامی که 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، یک فرد می تواند روی یک تپه بایستد، بلوکی که بی حرکت روی یک خط کش کمی مایل قرار دارد. علاوه بر این، به دلیل نیروی اصطکاک ایستا، اشکال حرکتی مانند راه رفتن و سواری امکان پذیر است. در این موارد به دلیل نیروی اصطکاک ایستا با سطح «چسبندگی» ایجاد می شود که در نتیجه دفع از سطح امکان پذیر می شود.

علل نیروی اصطکاک استاتیکی مانند نیروی اصطکاک لغزشی است.

نیروی اصطکاک ایستا زمانی ایجاد می شود 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 ایستایی 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 روی آن وارد می شود.

تبصره 2

در بیشتر موارد، حداکثر نیروی اصطکاک استاتیک کمی بیشتر از نیروی اصطکاک لغزشی است. بنابراین، برای شروع حرکت کابینت، ابتدا باید کمی بیشتر از اعمال آنها در زمانی که کابینت در حال حرکت است، تلاش کنید. اغلب تفاوت بین نیروهای اصطکاک استاتیک و اصطکاک لغزشی 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 تکیه گاه متناسب است: $\overline(F)_(mp) =\mu N$ و ضریب تناسب $\mu $ را ضریب اصطکاک می نامند. ;

ضریب اصطکاک به سرعت بدن روی سطح ناهموار بستگی ندارد.

ضریب اصطکاک به سطح سطوح تماس بستگی ندارد.

مثال 1

دانش آموزان آهنربایی به وزن 30 دلار گرم را روی تخته سیاه گذاشتند. آهنربا با نیروی 6 دلار H$ بر روی تخته فشار داده می شود. اگر ضریب اصطکاک 0.3 دلار باشد چه نیرویی باید اعمال شود تا آهنربا را به سمت پایین بلغزانیم و آن را به صورت عمودی به سمت بالا حرکت دهیم؟

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

پیدا کنید: $F_(1) $، $F_(2) $-؟

راه حل:

تصویر 1.

برای اینکه آهنربا را به سمت پایین حرکت دهید، مجموع گرانش $mg$ و نیروی اعمالی اضافی $F_(1) $ باید برابر با نیروی اصطکاک $F_( باشد. [ایمیل محافظت شده]) $ (یا بیشتر باشد):

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

از فرمول (1) و از فرمول کلی نیروی اصطکاک

نیروی لازم برای لغزش آهنربا به پایین را پیدا می کنیم:

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

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

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

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

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 با حرکت نسبی آنها ایجاد می شود. تعیین مقدار و جهت نیروی اصطکاک لغزشی، قانون آمونتون-کولن. انواع اصطکاک در مکانیزم ها و ماشین ها. به عنوان وسیله ای برای حرکت، سطح را بگیرید.

ارائه، اضافه شده در 12/16/2014


توصیف روش های تقریبی برای تعیین ضریب اصطکاک لغزش، ویژگی های محاسبه آن برای مواد مختلف. مقدار و محاسبه نیروی اصطکاک طبق قانون کولن. دستگاه و اصل عملکرد تاسیسات برای تعیین ضریب اصطکاک.

کار آزمایشگاهی، اضافه شده 01/12/2010


تاریخچه پیدایش نیروی اصطکاک - فرآیند برهمکنش اجسام در حین حرکت نسبی آنها (تغییر مکان) یا زمانی که جسم در یک محیط گازی یا مایع حرکت می کند. ظهور نیروهای اصطکاک لغزشی و استراحت در محل اتصال اجسام به هم پیوسته، روش های کاهش.

چکیده، اضافه شده در 2015/07/30


علت نیروی اصطکاک و مثال های آن: حرکت محور چرخ، توپی که در کف افقی می غلتد. فرمول های محاسبه نیروی اصطکاک در فیزیک نقش نیروی اصطکاک در زندگی روی زمین: اجرای پیاده روی، چرخش چرخ های محرک خدمه.

ارائه، اضافه شده در 2011/01/16


نیروهای گرانشی، الکترومغناطیسی و هسته ای. برهمکنش ذرات بنیادی مفهوم جاذبه 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 به عنوان نیرویی ناشی از تماس اجسام است که در امتداد مرز تماس هدایت می شود و از حرکت نسبی اجسام جلوگیری می کند. علل اصطکاک. نیروی اصطکاک استراحت، لغزش و غلتش. کاربرد روان کننده ها و یاتاقان ها.

ارائه، اضافه شده در 11/12/2013


اصطکاک به عنوان فرآیند برهمکنش اجسام جامد با حرکت نسبی یا با 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 یک جسم صلب در یک 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 به عنوان نیرویی ناشی از تماس اجسام است که در امتداد مرز تماس هدایت می شود و از حرکت نسبی اجسام جلوگیری می کند. علل اصطکاک. نقش نیروی اصطکاک در زندگی روزمره، در فناوری 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 چگونه «قو، سرطان و پیک بار بار را به دوش گرفتند» 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 کشسان

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

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

میله ای را در نظر بگیرید که روی یک سطح افقی قرار دارد (شکل 3). تحت تأثیر نیروی گرانش و نیروی واکنش تکیه گاه قرار می گیرد. بیایید با نیروی کمی روی میله عمل کنیم , در امتداد سطح هدایت می شود. اگر میله حرکت نکند، نیروی اعمال شده توسط نیروی دیگری متعادل می شود که به آن نیروی اصطکاک ساکن می گویند.

برنج. 3. نیروی اصطکاک ساکن

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

با افزایش نیروی "برشی"، میله در حالت استراحت باقی می ماند، بنابراین، نیروی اصطکاک استاتیک نیز افزایش می یابد. با مقداری نیروی به اندازه کافی بزرگ، میله شروع به حرکت می کند. این بدان معنی است که نیروی اصطکاک استاتیک نمی تواند تا بی نهایت افزایش یابد - یک حد بالایی وجود دارد که بیش از آن نمی تواند باشد. مقدار این حد حداکثر نیروی اصطکاک ساکن است.

بیایید روی میله با دینامومتر عمل کنیم.

برنج. 4. اندازه گیری نیروی اصطکاک با دینامومتر

اگر دینامومتر با نیرویی بر روی آن وارد شود، می توان دید که حداکثر نیروی اصطکاک ایستا با افزایش جرم میله، یعنی با افزایش نیروی گرانش و نیروی واکنش، بیشتر می شود. حمایت کردن. اگر اندازه‌گیری‌های دقیق انجام شود، نشان می‌دهد که حداکثر نیروی اصطکاک استاتیکی با نیروی واکنش تکیه‌گاه نسبت مستقیم دارد:

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

اگر آزمایشی را با دینامومتر و میله ای با جرم ثابت انجام دهیم، در حالی که میله را از طرفین مختلف می چرخانیم (تغییر سطح تماس با جدول)، می بینیم که حداکثر نیروی اصطکاک ساکن تغییر نمی کند. شکل 5). بنابراین، حداکثر نیروی اصطکاک استاتیک به منطقه تماس بستگی ندارد.

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

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

نیروی اصطکاک ایستا همیشه مانع حرکت بدن نمی شود. برای مثال، نیروی اصطکاک ایستا بر روی کفی کفش وارد می‌شود، در حالی که شتاب ایجاد می‌کند و به شما امکان می‌دهد بدون لیز خوردن روی زمین راه بروید (شکل 6).

برنج. 6. نیروی اصطکاک ایستا بر روی 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 چرخ ماشین اثر می گذارد

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

برنج. 8. نیروی اصطکاک استاتیک در محرکه های تسمه

اگر جسم در حال حرکت باشد، نیروی اصطکاک وارد بر آن از سمت سطح از بین نمی رود، این نوع اصطکاک نامیده می شود. اصطکاک لغزشی. اندازه گیری ها نشان می دهد که نیروی اصطکاک لغزشی عملاً برابر با حداکثر نیروی اصطکاک استاتیکی است (شکل 9).

برنج. 9. نیروی اصطکاک لغزشی

نیروی اصطکاک لغزشی همیشه بر خلاف سرعت بدنه است، یعنی از حرکت جلوگیری می کند. در نتیجه وقتی جسم فقط تحت اثر نیروی اصطکاک حرکت می‌کند، به آن شتاب منفی می‌دهد، یعنی سرعت جسم مدام در حال کاهش است.

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

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

شکل 10 نموداری از وابستگی نیروی اصطکاک به 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، جایی که نیروی اصطکاک به نیروی خارجی بستگی ندارد، مربوط به اصطکاک لغزشی است.

برنج. 10. نمودار وابستگی نیروی اصطکاک به نیروی اعمالی

ضریب اصطکاک لغزشی تقریباً برابر با ضریب اصطکاک استاتیکی است. به طور معمول، ضریب اصطکاک لغزشی کمتر از واحد است. این بدان معناست 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).

منشأ نیروهای اصطکاک استاتیکی و لغزشی به این دلیل است که هر سطحی در سطح میکروسکوپی مسطح نیست، همیشه ناهمگنی های میکروسکوپی 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 ناهمگونی ها گرفته می شود و از این حرکت جلوگیری می کند. 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 جابجایی 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 غلت می‌زنند یا زمانی که یک جسم روی سطح دیگری غلت می‌زند. اصطکاک غلتشی، مانند اصطکاک لغزشی، شتاب منفی به بدنه 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. هنگامی که چرخ حرکت می کند، تغییر شکل ها زمانی برای بازیابی ندارند، بنابراین چرخ باید همیشه از یک تپه کوچک بالا برود، که باعث ایجاد لحظه ای نیرو می شود که سرعت غلتش را کاهش می دهد.

برنج. 12. وقوع نیروی اصطکاک غلتشی

مقدار نیروی اصطکاک غلتشی، به عنوان یک قاعده، چندین برابر کمتر از نیروی اصطکاک لغزشی است، همه چیزهای دیگر برابر هستند. به همین دلیل، نورد یک نوع حرکت رایج در مهندسی است.

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

ویژگی اصلی نیروی مقاومت این است که فقط در حضور حرکت نسبی بدن و محیط آن رخ می دهد. یعنی نیروی اصطکاک ساکن در مایعات و گازها وجود ندارد. این منجر به این واقعیت می شود که شخص می تواند حتی یک بارج سنگین را که روی آب است 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 یک 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 یک مایع یا گاز

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

شکل 18 نموداری از وابستگی نیروی مقاومت به 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 ابتدا به آرامی رشد می کند و سپس سرعت رشد افزایش می یابد.

برنج. 18. نمودار وابستگی نیروی مقاومت به سرعت بدنه

در مقادیر کم سرعت نسبی، نیروی پسا با مقدار این سرعت نسبت مستقیم دارد:

مقدار سرعت نسبی کجاست. - ضریب مقاومت که به نوع محیط چسبناک، شکل و اندازه بدنه بستگی دارد.

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

مقدار سرعت نسبی کجاست. ضریب درگ است.

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

جسمی به جرم 600 گرم به طور یکنواخت در طول یک سطح افقی حرکت می کند (شکل 19). در این حالت نیرویی به آن وارد می شود که مقدار آن 2/1 نیوتن است مقدار ضریب اصطکاک بین جسم و سطح را تعیین کنید.