Każdemu ruchowi w naturze i technologii, który wiąże się z fizycznym kontaktem między ciałami stałymi, towarzyszy tarcie. W tym artykule podamy przykłady siły tarcia i pokażemy, w jakich przypadkach odgrywa ona użyteczną rolę, a w których jest niepożądana.
Jakie rodzaje tarcia między ciałami stałymi są
W tym artykule rozważymy tylko przykłady sił tarcia, które działają między ciałami stałymi, które mają ze sobą kontakt fizyczny.
Jednym z ważnych rodzajów tarcia jest tarcie statyczne. Na podstawie samej nazwy można przypuszczać, że objawia się ona, gdy jedno ciało spoczywa na powierzchni drugiego. Każdy wie, że aby przesunąć ciężki przedmiot z jego miejsca, konieczne jest przyłożenie pewnej siły zewnętrznej skierowanej wzdłuż powierzchni styku tego przedmiotu z powierzchnią, na której stoi. Tej sile przeciwdziała siła tarcia statycznego. Działa między powierzchniami styku ciał. Tarcie spoczynkowe powstaje z powodu obecności szorstkości na stykających się powierzchniach, bez względu na sposóbnie były gładkie.
Drugim rodzajem tarcia, któremu się przyjrzymy, jest tarcie ślizgowe. Powstaje również ze względu na wspomnianą chropowatość, gdy ciała zaczynają się poruszać względem siebie poprzez ślizganie. Kierunek i punkt przyłożenia siły tarcia ślizgowego są dokładnie takie same jak dla tarcia statycznego. Jedyna różnica między tymi siłami polega na tym, że siła poślizgu jest zawsze mniejsza niż siła spoczynku.
Trzeci rodzaj tarcia, który odgrywa nie mniejszą rolę w technologii niż dwa pierwsze, to tarcie toczne. Jak sama nazwa wskazuje, pojawia się, gdy jedno ciało toczy się po powierzchni drugiego. Przyczyną tarcia tocznego jest histereza odkształcenia, która prowadzi do „rozproszenia” energii kinetycznej korpusu tocznego. W wielu praktycznych przypadkach ta siła tarcia jest 10-100 lub więcej razy mniejsza niż poprzednie rozważane rodzaje tarcia.
Wszystkie rodzaje sił tarcia są wprost proporcjonalne do siły reakcji podpory, z jaką ta ostatnia działa na dane ciało.
Szkody i korzyści wynikające z siły tarcia statycznego: przykłady
Ze wszystkich wymienionych rodzajów tarcia, być może, tarcie statyczne jest najbardziej "nieszkodliwe". Faktem jest, że w praktyce prawie zawsze odgrywa użyteczną rolę. Jedynym minusem jest to, że jest większe niż tarcie ślizgowe. Ten ostatni fakt oznacza, że każdy początek ruchu wymaga dużego wysiłku. Na przykład, aby rozpocząć jazdę na śniegu, musisz najpierw dosłownie „oderwać” je od powierzchni śniegu.
Istnieje wiele przykładówwykorzystanie siły tarcia statycznego. Wymieńmy je:
- Gwoździe i śruby, które mocno trzymają dwa solidne elementy z drewna, plastiku i metalu, pełnią swoją funkcję poprzez działanie danej siły.
- Prowadzący osobę poruszającą się po drogach wynika z faktu, że tarcie statyczne jest większe niż tarcie ślizgowe. W przeciwnym razie trudno byłoby nam się poruszać, ludzie i pojazdy ślizgałyby się w jednym miejscu.
- Wszelkie ciała, które spoczywają na nachylonych powierzchniach, powstają w wyniku działania tarcia statycznego. Gdyby ta ostatnia nie istniała, niemożliwe byłoby zaciągnięcie hamulca ręcznego na samochód na zboczu lub jakikolwiek przedmiot gospodarstwa domowego na stole, który ma niewielkie nachylenie do horyzontu.
Tarcia ślizgowe i jego zalety
W przeciwieństwie do tarcia statycznego, które odgrywa głównie pozytywną rolę w życiu człowieka, tarcie ślizgowe jest zwykle szkodliwą siłą. Można jednak podać dwa przykłady użytecznej siły tarcia ślizgowego:
- Ponieważ tarcie ślizgowe prowadzi do nagrzewania się powierzchni przedmiotów (jest to naturalny i najłatwiejszy sposób zamiany energii mechanicznej na ciepło), efekt ten może być wykorzystany do podwyższenia temperatury ciał. Tak więc w czasach starożytnych nasi przodkowie rozpalali ogień za pomocą tarcia ślizgowego.
- Kiedy kierowca chce zatrzymać pojazd, naciska pedał hamulca. W takim przypadku tarcze hamulcowe ślizgają się wewnątrz obręczy koła i spowalniają jej obrót.
Uszkodzenie tarcia ślizgowego
Przykłady działania tarcia ślizgowego to ruch szafki na podłodze, gdy chcemy ją przestawić w pomieszczeniu, ślizganie się narciarza i łyżwiarza, ślizganie się kół samochodu, gdy są zablokowane lub podczas jazdy po śliskiej drodze, poślizg między ocierającymi się częściami mechanizmów różnych maszyn.
We wszystkich tych przypadkach tarcie ślizgowe odgrywa szkodliwą rolę. Te przykłady szkodliwości tarcia ślizgowego wynikają z faktu, że zapobiega ono ruchom mechanicznym i „zjada” pewną ilość energii kinetycznej (narty, łyżwy, ruchome części maszyn). Ponadto zamiana energii mechanicznej na energię cieplną prowadzi do nagrzewania się części trących. Wzrost ich temperatury prowadzi do zmiany struktury mikroskopowej, co narusza właściwości materiałów. Wreszcie wymienione przykłady siły tarcia ślizgowego prowadzą do zużycia powierzchni trących, pojawiania się na nich niechcianych rowków i ścieńczenia.
Tarcia toczne i jego szkody i korzyści
Jeżeli u podstaw rozważymy kwestię użyteczności siły tarcia tocznego, okazuje się, że w ogóle nie istnieje. Rzeczywiście, tarcie toczne zawsze zapobiega obrotowi mechanicznemu, prowadzi do zużycia części roboczych i ich niepożądanego nagrzewania. Niemniej jednak zjawisko toczenia jest szeroko stosowane w inżynierii (łożyska, koła pojazdów). Wyjaśnia to fakt, że siła tarcia tocznego jest znacznie mniejsza niż podobna siła poślizgu, co zmniejsza jej skalę o rzędy wielkości.szkodliwy wpływ.
Wzrost i spadek sił tarcia
Jak widzieliśmy powyżej w przykładach, statyczne i ślizgowe siły tarcia są czasami przydatne, a czasami szkodliwe. W związku z tym ludzkość od dawna stosuje metody zmiany skali tarcia, zarówno w kierunku zwiększania odpowiedniej siły, jak i w kierunku jej zmniejszania.
Świetnymi przykładami zwiększania siły tarcia są posypywanie piaskiem i solą lodu na drogach. W wyniku tych działań następuje wzrost chropowatości powierzchni lodu iw efekcie wzrost sił tarcia statycznego i ślizgowego.
Innym sposobem na zwiększenie omawianych sił jest użycie specjalnych powierzchni. Uderzającym przykładem jest powierzchnia opony zimowej samochodu, która charakteryzuje się głębokim bieżnikiem i obecnością metalowych kolców.
Podczas jazdy na nartach, a także podczas obracania się łożysk różnych mechanizmów, tarcie odgrywa negatywną rolę. Aby go zmniejszyć, stosuje się specjalne lubrykanty, zwykle na bazie tłuszczów (wosk, litol).
