Fizikai előadás a "Súrlódási erők szilárd testek összefüggő felületei között" témában (10. évfolyam). Elméleti bevezető. Súrlódás két szilárd test érintkezési felületén jön létre A súrlódási erő függése a gravitációs erőtől

Súrlódás két szilárd test érintkezési felületén lép fel. Mind a technikában, mind a mindennapi életben fontos szerepet játszik. Háromféle külső súrlódás létezik: statikus súrlódás, csúszósúrlódás, gördülési súrlódás. A súrlódási erők nagyságát és a sebességtől való függésének jellegét jelentősen befolyásolja a felületek állapota, megmunkáltsága, szennyeződés jelenléte stb. Ezeknek az erőknek a nagysága azonban a felületek közötti normál nyomás nagyságától függ. Az érintkező szilárd testek közötti súrlódási erőnek van egy jellegzetessége: nem tűnik el a sebességgel együtt. Az érintkező, de nem mozgásban lévő testek között fellépő súrlódási erőt nevezzük statikus súrlódás. A statikus súrlódási erő nagyságát és irányát annak a külső erőnek a nagysága és iránya határozza meg, amelynek a csúszást kellett volna okoznia. A statikus súrlódási erő egyenlő nagyságú és ellentétes irányú a mozgást okozó külső erővel. A statikus súrlódási erő nem haladhat meg egy bizonyos értéket, amelyet maximális statikus súrlódási erőnek (vagy statikus súrlódási erőnek) nevezünk. Amíg a külső erő nem haladja meg ezt az értéket, addig nem történik csúszás (6.1. ábra). A maximális értéket meredek csökkenés követi, és állandó csúszósúrlódási erő marad.

A nyugalmi súrlódás és a csúszósúrlódás nem függ a szilárd testek érintkezési területének méretétől. Ezeknél a testeknél a statikus és csúszó súrlódási erők egyenesen arányosak a nyomóerővel N, amely egyszerre nyomja össze mindkét testet:

, , (6.1)

hol és vannak a statikus és csúszósúrlódási együtthatók. Az érték a legtöbb esetben 0,2 és 0,7 között változik; – 0,2-től 0,5-ig.

A nyugalmi súrlódás alapvető szerepet játszik a technológiában. Meghatározza a legnagyobb szükséges hajtóerőt az autók hajtott kerekeihez, valamint a gyalogosok talpához. A talajjal való érintkezés helyén a gördülő kerék és a mozgó személy talpa a talajhoz képest nyugalomban van. Ezért itt a súrlódás működik. A csúszósúrlódás éppen ellenkezőleg, szinte mindig zavarja, ezért a gépekben és berendezésekben arra törekednek, hogy lehetőség szerint kizárják a súrlódó részek közötti külső súrlódást. Vékony folyadékrétegek belső súrlódása váltja fel a kölcsönösen mozgó alkatrészek között - ezt kenésnek nevezik.

4. előadás Szilárd testek súrlódása

Külső súrlódás, mechanikai ellenállás, amely két érintkező test érintkezési síkjában lép fel egymáshoz viszonyított mozgásuk során. Az adott test mozgásával ellentétes F tr ellenállási erőt a testre ható súrlódási erőnek nevezzük. A külső súrlódás disszipatív folyamat, melyet hőleadás, a testek villamosítása, tönkremenetele stb.

Különbséget kell tenni a külső csúszó- és gördülési súrlódás között. Csúszó súrlódás- az egyik érintkező testnek a másikhoz viszonyított transzlációs mozgásából eredő erő, amely erre a testre a csúszási iránnyal ellentétes irányba hat. gördülési súrlódás - a két érintkező test egyikének a másikhoz viszonyított gördüléséből adódó, a gördülést megakadályozó erők nyomatéka.

Jellegzetes csúszósúrlódás- csúszósúrlódási együttható f c - dimenzió nélküli érték, amely megegyezik a súrlódási erő és a normál terhelés arányával; A gördülési súrlódásra jellemző a gördülési súrlódási együttható f k - ez az érték, amelynek hosszmérete van, a gördülési súrlódási nyomaték és a normál terhelés aránya. A külső körülmények (terhelés, sebesség, érdesség, hőmérséklet, kenés) nem kevésbé befolyásolják a külső súrlódás értékét, mint a dörzsölő testek jellegét, többször megváltoztatva.

A súrlódás előfordulásának mechanizmusát a súrlódás molekuláris-mechanikai elmélete magyarázza, melynek kidolgozásához orosz tudósok (B.V. Deryagin, I.V. Kragelsky stb.) és külföldi tudósok (Bowden, Tabor, Tomlinson stb.) is nagyban hozzájárultak. Ezen elmélet szerint a súrlódásnak kettős molekuláris-mechanikai természete van. Az F tr súrlódási erő a molekuláris (ragasztó) F a és a mechanikai (deformációs) F σ komponensek összegeként ábrázolható:

A molekuláris komponens az egymással érintkező testek között létrejövő molekuláris vagy interatomikus kötések szakadásával szembeni ellenállásának köszönhető. Ennek a folyamatnak a mechanizmusa hasonló a kristályrács nyírás közbeni pusztulásához. A súrlódási munka hővé való disszipációja a kristályrácsok rugalmas alakváltozásával jár. A külső erő munkája a rácsok potenciális energiájává alakul. Után

Az első esetben a nem kenhető felületek érintkeznek, oxidfilmekkel borítják, és a környezetből adszorbeált legvékonyabb gáz- és vízmolekulák rétegei. Ebben az esetben a súrlódási erő a ragasztó és a kohéziós komponensek összege. A száraz és a határsúrlódás hasonló

és közös mintákkal rendelkeznek. Ennek oka az, hogy határsúrlódás esetén a kenőanyag monomolekuláris rétegei szilárdan kötődnek a szilárd felülethez, szilárd tulajdonságokkal rendelkeznek, és mintegy a szilárd fázis folytatásaként szolgálnak. Ezért, mint a száraz súrlódásnál, valójában két szilárd felület között van érintkezés. A különbség a súrlódási együttható különböző értékeiben nyilvánul meg.

A második esetben a fenti filmeken kívül több molekula vastagságú vékony réteg formájában vannak olyan kenőanyag-molekulák, amelyek szilárdan kötődnek a felülethez. Jellemző ebben az esetben az egyik és a másik komponens csökkenése.

A harmadik esetben egy folyékony kenőanyag réteg teljesen elválasztja az illeszkedő felületeket. A ragasztó komponens nullára csökken.

Számos tanulmány kimutatta, hogy fémeknél a súrlódási tényező deformációs összetevője körülbelül 100-szor kisebb, mint a tapadási tényező. Ezért az első közelítésben a súrlódási együttható megegyezik a ragasztó komponensével. A műanyagok és a gumik esetében némileg más a helyzet. Ez utóbbi esetben a különbség több mint egy nagyságrenddel csökken, és ha a gumi durva felületen csúszik, akkor az alakváltozási komponenst sem szabad elhanyagolni.

kenőanyagok és sok más tényező.

Rizs. 4.2. Tribométer séma

Az erők és a külső súrlódási együtthatók meghatározása. Az érintkezési zónák rugalmas alakváltozásaival a szilárd testek kölcsönhatása telítetlen és telített érintkezésnél is megvalósítható.

Rugalmas, telítetlen érintkezővel az egyes érintkezési zónák közötti távolságok elég nagyok ahhoz, hogy a zónák egymásra gyakorolt ​​hatása elhanyagolható legyen. A durva felületű abszolút merev test csúszása során fellépő teljes súrlódási erő egy puhább, abszolút egyenletes felületű testhez képest egyenlő lesz

ahol F i az egyetlen tetszőleges mikroérdességre fellépő súrlódási erő; n r az azonos penetrációjú mikroérdességek száma.

Az F i erő meghatározásához vegyük figyelembe az egyetlen mikroérdesség érintkezési zónájában lezajló folyamatokat (4.3. ábra). A súrlódási erő deformációs komponense a deformálható rétegek anyagának tökéletlen rugalmassága miatt keletkezik. Ez a hiszterézis veszteségeinek köszönhető. D. Tabor angol tudós kutatásaival összhangban

deformációs komponens súrlódási erő az

ahol E a deformálható anyag rugalmassági modulusa; μ ennek az anyagnak a Poisson-aránya; α hist az anyag hiszterézisveszteségének együtthatója összetett feszültségi állapot körülményei között.

Rizs. 4.3. feszültségek eloszlása ​​a rugalmas alakváltozások során a labda érintkezési zónájában egy deformálható test sík felületével

Molekuláris komponens A súrlódási erő interatomikus és intermolekuláris kölcsönhatásból adódik, és egyenlő

Ekkor egy tetszőleges mikroérdesség csúsztatásából adódó teljes súrlódási erő a következőképpen fejezhető ki

Az F tr súrlódási erőt a (4.4) kifejezésből számítjuk ki, amelyben az összes i-edik paramétert ismert értékeken keresztül határozzuk meg. Ha meghatározzuk

normál P terhelés a megközelítéstől függően, akkor lehetséges a súrlódási együttható számítása a megközelítés függvényében f =

F tr /P . A számítások azt mutatják, hogy a szilárd testek felületei közötti megközelítés növekedésével a molekuláris komponens

A súrlódási együttható (amely tartalmazza a τ 0 és β súrlódási paramétereket) csökken, míg az alakváltozási együttható nő. A súrlódási együttható h/R paramétertől való függése az ábrán látható. 4.4.

Rizs. 4.4 A súrlódási tényező függése a megközelítéstől

Kísérleti eredmények. Az anyag viselkedését a súrlódás során a plasztikus deformáció mintában való terjedésének mélysége határozza meg. A tényleges érintkezési pontokon a normál nyomás növekedésével először rugalmas, majd képlékeny alakváltozások alakulnak ki. Az anyag kúszásával járó bizonyos formaváltozás után is bekövetkezik, állandó terhelés mellett. A végső egyensúly azután jön létre, hogy a tényleges érintkezési felület elegendő a szükséges teherbíráshoz. Így a felületben való befutás után stacionárius súrlódási mód jön létre, amelyben a felület kopása egyensúlyban van az új deformált rétegek növekedésével. ábrán A 4.5. és 4.6. ábrák a súrlódási együttható nyomástól való függését mutatják be a határkenés állandósult állapotában, amikor 36NKhTYu acélmintákat edzett és öregített állapotban edzett acélon csúsztatnak 45. Ausztenites acél 36NKhTYu

az anyagok szerkezete és tribológiai tulajdonságai minden konkrét esetben, egy adott súrlódási egységhez viszonyítva.

Rizs. 4.6. A súrlódási együttható függése

k) nyomás a 36NKhTYu ötvözethez, 9700 C-ról hűtve (1) és 1 órás 7500 C-on történő hűtést követően (2)

4.7. A 36NKhTYu acélból (a) és rézből (b) készült minta súrlódási tényezőjének függése a csúszási sebességtől és terheléstől

ábrán A 4.7 a réz és a 36NKhTYu ötvözet súrlódási együtthatójának értékei által alkotott felületeket mutatja, a csúszási sebességtől és a terheléstől függően. A réz súrlódási együtthatója egy görbe mentén változik, és minden sebességnél a terheléstől függ. A 36NKhTYu ötvözet esetében a súrlódási együttható alacsony fordulatszámon gyakorlatilag független az alkalmazott erőtől. A terhelés növekedése nagy sebességnél a súrlódási együttható csökkenéséhez vezet. Ez azt jelzi, hogy a felületi réteg képlékeny áramlása miatti súrlódási erőhöz való hozzájárulás csökken. Ez csökkentéssel lehetséges

az anyag viszkozitása, amely a súrlódás során a gerjesztés növekedésével jár. Nyilvánvalóan ebben az esetben fontos a felületi rétegek töredezettségének folyamata, ami a szerkezetet alkotó elemek mobilitásának növekedéséhez vezet.

Rizs. 4.8. A TiC-NiCr kompozit anyag (a) súrlódási erő nyomatékának függése a terheléstől egy párban különböző ötvözetekkel (b - TiC-NiCr; c - 3V16K; d - KAM bronz alapú összetétel)

A súrlódási paraméterek elemzése (4.8. ábra) azt mutatja, hogy a felületen és a felszínhez közeli rétegben felszabaduló hő fontos szerepet játszik abban, hogy két anyag egymáshoz viszonyított csúszásával érintkezzen.

Valójában az érintkezési hőmérséklet súrlódási folyamatra gyakorolt ​​hatására példa lehet a TiC-NiCr kompozit anyag viselkedése a súrlódás során olyan anyagokkal párhuzamosan, mint például a TiC-NiCr CM, a sztellit és a „kemény ötvözet-bronz”. összetétele, amelyek hővezető képességükben különböznek. Ezekben a vizsgálatokban, amikor az interfész mechanikus tömítés formájú volt, a súrlódási zónából történő hőelvonás elsősorban az érintkező anyagok hővezető képessége miatt valósítható meg. Mivel a CM TiCNiCr és a sztellit (3V16K) hővezető képessége jóval alacsonyabb, mint a nagy terhelésű súrlódó egységek számára kifejlesztett CM összetételének, a súrlódás természetének másnak kell lennie. Valójában az ábra alapján. A 4.8b ábrán látható, hogy egy pár egyforma TiC-NiCr CM súrlódása 1 t terhelés mellett több percnyi működés után instabillá válik. A terhelés 2 t-ra való növekedését a súrlódási nyomaték ugrása kíséri, ami azt jelzi

Rizs. 4.9. A felületi réteg hőmérséklet-eloszlásának sematikus ábrázolása súrlódás közbeni képlékeny alakváltozás esetén

Súrlódási erő. A száraz súrlódási erők fajtái

A súrlódási erők akkor jelennek meg, amikor testek érintkeznek, vagy részeik egymáshoz képest elmozdulnak. A két érintkező test relatív mozgásából eredő súrlódást külsőnek nevezzük; ugyanazon szilárd test részei (például folyadék vagy gáz) közötti súrlódást nevezzük belső súrlódás .

Azt a súrlódási erőt, amely akkor lép fel, amikor egy szilárd test elmozdul egy folyékony vagy gáznemű közeghez képest, erőként kell besorolni belső súrlódás, mivel ebben az esetben a közeg testtel közvetlenül érintkező rétegeit ugyanolyan sebességgel vonja mozgásba, mint a test, és a test mozgását a közeg ezen rétegei közötti súrlódás befolyásolja. nekik.

1. definíció

Két szilárd anyag felülete közötti súrlódást közbenső réteg, például kenőanyag hiányában ún. száraz . A szilárd test és a folyékony vagy gáznemű közeg, valamint az ilyen közeg rétegei közötti súrlódást nevezzük viszkózus (vagy folyékony). A száraz súrlódás tekintetében vannak csúszósúrlódás, gördülési súrlódásés statikus súrlódás.

csúszó súrlódási erő

Csúszási súrlódás akkor lép fel, amikor az egyik test egy másik felületén mozog. Minél nagyobb a test súlya, és minél nagyobb a súrlódási együttható ezen felületek között (az együttható a felületek anyagától függ), annál nagyobb a csúszó súrlódási erő.

A csúszósúrlódás ereje nem függ az érintkező felületek területétől. Mozgás közben a legnagyobb felületén fekvő blokk ugyanolyan csúszósúrlódási erővel bír, mintha a legkisebb felületére helyeznénk.

A csúszó súrlódási erő okai:

Két test felületének legkisebb egyenetlenségei - ezekkel a testek egymáshoz tapadnak mozgás közben. Ha nem lenne csúszó súrlódási erő, akkor a test, amelyet egy rövid ideig tartó erőhatás mozgásba hoz, egyenletesen mozogna tovább. Mivel azonban a csúszó súrlódási erő létezik, és a test mozgása ellen irányul, a test fokozatosan megáll.

Intermolekuláris kölcsönhatások két test érintkezési felületén. Ez a kölcsönhatás csak nagyon sima, jól polírozott felületeken jöhet létre. A különböző testek molekulái nagyon közel vannak egymáshoz, és vonzódnak egymáshoz. Emiatt a test mozgása gátolt.

A $\overline(F)_(mp) $ csúszósúrlódási erővektor mindig a test sebességvektorával ellentétes irányban irányul a vele érintkező testhez viszonyítva. Ezért a csúszó súrlódási erő hatása mindig a testek relatív sebességének modulusának csökkenéséhez vezet.

Gördülési súrlódási erő

A gördülési súrlódási erő akkor lép fel, amikor egy másik, általában kör alakú test gördül át az egyik test felületén. Például a járművek kerekei gördülnek az úton, egy dombról az oldalára fordult hordó, egy labda a padlón. A gördülési súrlódási erő sokkal kisebb, mint a csúszó súrlódási erő. Ne feledje, könnyebb egy nagy táskát kerekeken vinni, mint a földön húzni. Ennek oka a mozgó test és a felület eltérő érintkezési módja. Gördüléskor a kerék mintegy megnyomja, összetöri maga alatt a felületet, taszítja azt. Egy gördülő keréknek nem kell sok apró felületi egyenetlenséget elkapnia, mint a testek elcsúszásakor.

Megjegyzés 1

Minél keményebb a felület, annál kisebb a gördülési súrlódási erő. Például homokon nehezebb kerékpározni, mint aszfalton, mivel homokon nagy gördülési súrlódási erőt kell leküzdeni. Ez annak köszönhető, hogy a kemény felületekről könnyebb lenyomni, nem nyomódnak erősen. Elmondható, hogy a kerék oldaláról egy szilárd felületre ható erő nem deformációra fordítódik, hanem szinte teljes egészében a támasz normál reakciójának erejének formájában tér vissza.

statikus súrlódási erő

Statikus súrlódási erőnek nevezzük azt az erőt, amely a testek érintkezésének határán a testek relatív mozgásának hiányában keletkezik.

A $\overline(F)_(mp) $ statikus súrlódási erő abszolút értékben egyenlő a testek érintkezési felületére érintőlegesen, és azzal ellentétes irányban a $\overline(F)$ külső erővel:

A statikus súrlódási erő körülöttünk van. Minden más testen fekvő tárgyat a statikus súrlódási erő tartja. A statikus súrlódási erő elegendő ahhoz, hogy ferde felületeken tartsa a tárgyakat. Például egy ember állhat egy domboldalon, egy blokk mozdulatlanul fekszik egy enyhén ferde vonalzón. Ezenkívül a statikus súrlódási erő miatt olyan mozgásformák is lehetségesek, mint a gyaloglás és a lovaglás. Ezekben az esetekben a statikus súrlódási erő miatt "tapadás" lép fel a felülettel, aminek következtében lehetségessé válik a felületről való taszítás.

A statikus súrlódási erő okai megegyeznek a csúszósúrlódási erő okaival.

A statikus súrlódási erő akkor keletkezik, amikor egy álló testet próbálnak mozgatni. Amíg a testet mozgatni próbáló erő kisebb, mint a statikus súrlódási erő, a test a helyén marad. Amint ez az erő meghalad egy bizonyos maximális statikus súrlódási erőt e két testre, az egyik test a másikhoz képest mozogni kezd, és a csúszó vagy gördülő súrlódási erő már hat rá.

2. megjegyzés

A legtöbb esetben a statikus súrlódás maximális ereje valamivel nagyobb, mint a csúszósúrlódási erő. Tehát a szekrény mozgatásához először egy kicsit több erőfeszítést kell tennie, mint amikor a szekrény már mozog. A statikus súrlódási és csúszósúrlódási erők közötti különbséget gyakran figyelmen kívül hagyják, egyenlőnek tekintve őket.

A száraz súrlódás legegyszerűbb modelljében a következő törvények teljesülnek. Ezek a kísérleti tények általánosításai, és hozzávetőleges jellegűek:

a statikus súrlódási erő legnagyobb értéke megegyezik a csúszó súrlódási erővel;

a csúszó súrlódási erő abszolút értéke egyenesen arányos a támasz reakcióerejével: $\overline(F)_(mp) =\mu N$, a $\mu $ arányossági együtthatót pedig súrlódási együtthatónak nevezzük ;

a súrlódási tényező nem függ a test sebességétől durva felületen;

a súrlódási együttható nem függ az érintkező felületek területétől.

1. példa

A diákok egy 30 $ g súlyú mágnest helyeztek a táblára. A mágnes 6 $ H$ erővel a táblához nyomódik. Milyen erővel kell lecsúsztatni a mágnest és függőlegesen felfelé mozgatni, ha a súrlódási együttható 0,3 $?

Adott: $m=30$r, $N=6 H$, $\mu =0,3$.

Keresse: $F_(1) $, $F_(2) $-?

Döntés:

1. kép

A mágnes lefelé mozgatásához a gravitáció $mg$ és a $F_(1) $ járulékos erő összegének meg kell egyeznie a $F_( súrlódási erővel [e-mail védett]) $ (vagy nagyobb):

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

Az (1) képletből és a súrlódási erő általános képletéből

megtaláljuk a mágnes lecsúszásához szükséges erőt:

$F_(mp) =\mu N$($N$ az az erő, amellyel a mágnest a táblához nyomják):

$F_(1) =\mu N-mg = 1,5 H$.

Felfelé irányuló erő esetén az (1) egyenlet a következőképpen alakul:

$F_(2) =\mu N+mg=2,1 H$

Válasz:$F_(1) =1,5 H$, $F_(2) =2,1 H$.

A műnek még nincs HTML verziója.

Hasonló dokumentumok

A relatív mozgásukkal érintkező testek között fellépő erők. A csúszó súrlódási erő nagyságának és irányának meghatározása, az Amonton-Coulomb törvény. A súrlódás típusai a mechanizmusokban és gépekben. Tapadás a felülettel, mint mozgáseszköz.

bemutató, hozzáadva 2014.12.16


A csúszósúrlódási együttható meghatározásának közelítő módszereinek jellemzése, számításának jellemzői különböző anyagokra. A súrlódási erő értéke és számítása a Coulomb-törvény szerint. A berendezés eszköze és működési elve a súrlódási együttható meghatározásához.

labormunka, hozzáadva 2010.01.12


A súrlódási erő kialakulásának története - a testek kölcsönhatásának folyamata relatív mozgásuk (elmozdulásuk) során, vagy amikor egy test gáznemű vagy folyékony közegben mozog. Csúszósúrlódási és nyugalmi erők kialakulása az összefüggő testek találkozásánál, redukciós módszerek.

absztrakt, hozzáadva: 2015.07.30


A súrlódási erő oka és példái: a keréktengely mozgása, vízszintes talajon gördülő labda. Képletek a súrlódási erő kiszámításához a fizikában. A súrlódási erő szerepe a földi életben: a gyaloglás megvalósítása, a legénység hajtókerekeinek forgatása.

bemutató, hozzáadva 2011.01.16


Gravitációs, elektromágneses és nukleáris erők. Az elemi részecskék kölcsönhatása. A gravitáció és a gravitáció fogalma. A rugalmas erő meghatározása és az alakváltozás főbb típusai. A súrlódási erők és a nyugalmi erők jellemzői. A súrlódás megnyilvánulásai a természetben és a technikában.

bemutató, hozzáadva 2012.01.24


A súrlódási erő, mint a testek érintkezéséből származó, az érintkezési határ mentén ható erő, amely megakadályozza a testek egymáshoz viszonyított mozgását. A súrlódás okai. Nyugalmi, csúszási és gördülési súrlódási erő. Kenőanyagok és csapágyak alkalmazása.

bemutató, hozzáadva 2013.11.12


A súrlódás, mint a szilárd testek relatív mozgásával vagy szilárd test mozgásával gáz- vagy folyékony közegben történő kölcsönhatása. A súrlódás fajtái, statikus súrlódás számítása, csúszás és gördülés. Súrlódási együttható számítása különböző felületpárokra.

gyakorlati munka, hozzáadva 2010.05.10


Súrlódás a makro- és nanovilágban. Az alapvető különbség a súrlódási erők és a tapadási erők között. Merev test mozgása folyékony közegben. A galaxisok fő típusai elliptikusak, spirálisak és szabálytalanok. Az Univerzum térszerkezete. Galilei relativitás elve.

bemutató, hozzáadva 2013.09.29


A súrlódási erő, mint a testek érintkezéséből származó, az érintkezési határ mentén ható erő, amely megakadályozza a testek egymáshoz viszonyított mozgását. A súrlódás okai. A súrlódási erő szerepe a mindennapi életben, a technikában és a természetben. Káros és előnyös súrlódás.

bemutató, hozzáadva 2014.02.09


A transzlációs mozgás definíciója. Cselekvés és reakció. Az erő iránya. A statikus súrlódási erő és a száraz súrlódási erő. A kölcsönös vonzás erői. A "Hattyú, Rák és Csuka a poggyászrakomány" története a fizika szemszögéből.

A súrlódási erő szárazföldi körülmények között a testek minden mozgását végigkíséri. Akkor fordul elő, amikor két test érintkezik, ha ezek a testek egymáshoz képest elmozdulnak. A súrlódási erő mindig az érintkezési felület mentén irányul, ellentétben a rugalmas erővel, amely merőlegesen irányul (1. ábra, 2. ábra).

Rizs. 1. A súrlódási erő és a rugalmas erő irányai közötti különbség

Rizs. 2. A felület hat a rúdra, a rúd pedig a felületre

Vannak száraz és nem száraz típusú súrlódások. Száraz típusú súrlódás lép fel, amikor szilárd anyagok érintkeznek.

Vegyünk egy vízszintes felületen fekvő rudat (3. ábra). Hatással van rá a nehézségi erő és a támasz reakcióereje. Kis erővel hatjunk a rúdra , a felület mentén irányítva. Ha a rúd nem mozdul, akkor az alkalmazott erőt egy másik erő egyensúlyozza ki, amelyet statikus súrlódási erőnek nevezünk.

Rizs. 3. Statikus súrlódási erő

A statikus súrlódási erő () ellentétes irányú és nagysága egyenlő azzal az erővel, amely a testet egy másik testtel való érintkezés felületével párhuzamosan mozgatja.

A „nyíró” erő növekedésével a rúd nyugalomban marad, ezért a statikus súrlódási erő is növekszik. Némi, kellően nagy erő hatására a rúd mozogni kezd. Ez azt jelenti, hogy a statikus súrlódási erő nem nőhet a végtelenségig – van egy felső határ, aminél több nem lehet. Ennek a határértéknek az értéke a legnagyobb statikus súrlódási erő.

Cselekedjünk a rúdon dinamométerrel.

Rizs. 4. A súrlódási erő mérése próbapaddal

Ha a próbapad erővel hat rá, akkor látható, hogy a maximális statikus súrlódási erő a rúd tömegének növekedésével, azaz a gravitációs erő és a reakcióerő növekedésével nő. támogatás. Ha pontos méréseket végzünk, akkor azok azt mutatják, hogy a maximális statikus súrlódási erő egyenesen arányos a támasz reakcióerejével:

ahol a legnagyobb statikus súrlódási erő modulusa; N– támogatási reakcióerő (normál nyomás); - statikus súrlódási együttható (arányosság). Ezért a maximális statikus súrlódási erő egyenesen arányos a normál nyomás erejével.

Ha kísérletet végzünk dinamométerrel és állandó tömegű rúddal, miközben a rudat különböző oldalra forgatjuk (változtatjuk az asztallal való érintkezési területet), akkor láthatjuk, hogy a maximális statikus súrlódási erő nem változik ( 5. ábra). Ezért a maximális statikus súrlódási erő nem függ az érintkezési felülettől.

Rizs. 5. A statikus súrlódási erő maximális értéke nem függ az érintkezési felülettől

Pontosabb vizsgálatok azt mutatják, hogy a statikus súrlódást teljes mértékben a testre ható erő és a képlet határozza meg.

A statikus súrlódási erő nem mindig akadályozza meg a test mozgását. Például a statikus súrlódási erő a cipő talpára hat, miközben gyorsulást ad, és lehetővé teszi, hogy csúszásmentesen sétáljon a talajon (6. ábra).

Rizs. 6. A cipő talpára ható statikus súrlódási erő

Egy másik példa: az autó kerekére ható statikus súrlódási erő lehetővé teszi, hogy csúszás nélkül induljon el (7. ábra).

Rizs. 7. Az autó kerekére ható statikus súrlódási erő

A szíjhajtásoknál a statikus súrlódási erő is hat (8. ábra).

Rizs. 8. Statikus súrlódási erő szíjhajtásokban

Ha a test mozog, akkor a felület oldaláról rá ható súrlódási erő nem tűnik el, az ilyen típusú súrlódást ún. csúszósúrlódás. A mérések azt mutatják, hogy a csúszósúrlódási erő nagysága gyakorlatilag megegyezik a statikus súrlódás maximális erejével (9. ábra).

Rizs. 9. Csúszási súrlódási erő

A csúszósúrlódás ereje mindig a test sebessége ellen irányul, vagyis akadályozza a mozgást. Következésképpen, amikor a test csak a súrlódási erő hatására mozog, az negatív gyorsulást kölcsönöz neki, vagyis a test sebessége folyamatosan csökken.

A csúszó súrlódási erő nagysága szintén arányos a normál nyomás erejével.

ahol a csúszó súrlódási erő modulusa; N– támogatási reakcióerő (normál nyomás); – csúszósúrlódási együttható (arányosság).

A 10. ábra a súrlódási erőnek az alkalmazott erőtől való függésének grafikonját mutatja. Két különböző területet mutat. Az első szakasz, amelyben a súrlódási erő az alkalmazott erő növekedésével növekszik, a statikus súrlódásnak felel meg. A második szakasz, ahol a súrlódási erő nem függ a külső erőtől, a csúszósúrlódásnak felel meg.

Rizs. 10. A súrlódási erőnek az alkalmazott erőtől való függésének grafikonja

A csúszósúrlódási együttható megközelítőleg megegyezik a statikus súrlódási együtthatóval. A csúszósúrlódási együttható jellemzően kisebb, mint egység. Ez azt jelenti, hogy a csúszó súrlódási erő kisebb, mint a normál nyomóerő.

A csúszósúrlódási együttható két test egymáshoz dörzsölődésének jellemzője, attól függ, hogy a testek milyen anyagokból készülnek, és a felületek milyen jól vannak megmunkálva (sima vagy érdes).

A statikus és csúszó súrlódási erők eredete abból adódik, hogy mikroszkopikus szinten egyetlen felület sem sík, minden felületen mindig vannak mikroszkopikus inhomogenitások (11. ábra).

Rizs. 11. Testek felületei mikroszkopikus szinten

Amikor két egymással érintkező test megpróbál elmozdulni egymáshoz képest, ezek az inhomogenitások megakadnak, és megakadályozzák ezt a mozgást. Kis mértékű kifejtett erő mellett ez a kapcsolódás elegendő ahhoz, hogy megakadályozza a testek elmozdulását, így statikus súrlódás keletkezik. Ha a külső erő meghaladja a maximális statikus súrlódást, akkor az érdesség kapcsolódása nem elegendő a testek megtartásához, és egymáshoz képest elkezdenek elmozdulni, miközben a csúszósúrlódási erő hat a testek között.

Ez a fajta súrlódás akkor lép fel, amikor a testek egymásra borulnak, vagy amikor az egyik test egy másik felületére gördül. A gördülési súrlódás a csúszósúrlódáshoz hasonlóan negatív gyorsulást kölcsönöz a testnek.

A gördülési súrlódási erő fellépése a gördülőtest és a tartófelület deformációjából adódik. Tehát egy vízszintes felületen elhelyezkedő kerék deformálja az utóbbit. Amikor a kerék elmozdul, a deformációknak nincs idejük helyreállni, ezért a keréknek folyamatosan egy kis dombra kell másznia, ami egy pillanatnyi erőhatást okoz, ami lassítja a gurulást.

Rizs. 12. Gördülési súrlódási erő fellépése

A gördülési súrlódási erő nagysága általában sokszor kisebb, mint a csúszó súrlódási erő, minden más tényező azonos. Ebből kifolyólag a gördülés a mérnöki ágban elterjedt mozgásforma.

Amikor egy szilárd test folyadékban vagy gázban mozog, a közeg oldaláról ellenállási erő hat rá. Ez az erő a test sebessége ellen irányul, és lelassítja a mozgást (13. ábra).

Az ellenállási erő fő jellemzője, hogy csak a test és környezete relatív mozgása esetén lép fel. Vagyis folyadékokban és gázokban nem létezik statikus súrlódási erő. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy az ember még egy nehéz bárkát is képes mozgatni, amely a vízen van.

Rizs. 13. A testre ható ellenállási erő folyadékban vagy gázban való mozgás során

Az ellenállási erő modulusa a következőktől függ:

A test méretéből és geometriai alakjából (14. kép);

A testfelület állapotai (15. ábra);

Folyadék vagy gáz tulajdonságai (16. ábra);

A test és környezetének relatív sebessége (17. ábra).

Rizs. 14. Az ellenállási erő modulusának függései a geometriai alakzattól

Rizs. 15. Az ellenállási erőmodulus függései a testfelület állapotától

Rizs. 16. Az ellenállási erőmodulus függései a folyadék vagy gáz tulajdonságaitól

Rizs. 17. Az ellenállási erőmodulus függései a test és környezete relatív sebességétől

A 18. ábra az ellenállási erőnek a test sebességétől való függésének grafikonját mutatja. Nullával egyenlő relatív sebességnél a húzóerő nem hat a testre. A relatív sebesség növekedésével először az ellenállási erő lassan növekszik, majd a növekedési ütem nő.

Rizs. 18. Az ellenállási erőnek a test sebességétől való függésének grafikonja

A relatív sebesség alacsony értékeinél a húzóerő egyenesen arányos ennek a sebességnek az értékével:

ahol a relatív sebesség értéke; - ellenállási együttható, amely a viszkózus közeg típusától, a test alakjától és méretétől függ.

Ha a relatív sebesség elég nagy, akkor a légellenállási erő ennek a sebességnek a négyzetével arányos lesz.

ahol a relatív sebesség értéke; a légellenállási együttható.

A képlet kiválasztását minden konkrét esetre empirikusan határozzuk meg.

Egy 600 g tömegű test egyenletesen mozog vízszintes felületen (19. ábra). Ebben az esetben erő hat rá, melynek értéke 1,2 N. Határozza meg a test és a felület közötti súrlódási együttható értékét!