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¿Cuáles son las formas de reducir la fuerza de fricción por deslizamiento? Formas de reducir la fricción

En tecnología, para reducir la influencia de las fuerzas de fricción seca entre superficies, se introduce un lubricante (un líquido viscoso que crea una capa delgada entre las superficies sólidas).

El efecto de la lubricación radica en el hecho de que se introduce una capa de líquido viscoso entre las superficies de fricción, que rellena todas las irregularidades de la superficie y, adhiriéndose a ellas, forma dos capas de líquido de fricción.

Por lo tanto, en lugar de la fricción de dos superficies sólidas durante la lubricación, se produce una fricción interna del líquido, que es mucho menor que la fricción externa de dos superficies sólidas. El uso de aceites lubricantes reduce la fricción entre 8 y 10 veces. Ejemplo típico Los valores de lubricación representan la carrera del patinador de velocidad sobre patines. Como resultado de la acción de la fuerza del lateral del patinador sobre la pala del patín, la nieve se derrite y aparece agua debajo del patín, que vuelve a congelarse después de que el patinador ha corrido y la presión ha desaparecido. Sin embargo, el agua no es adecuada para la lubricación de los mecanismos, ya que, debido a su baja viscosidad, sería exprimida por el espacio de irregularidades entre las superficies de fricción.

Todos los autos tienen uno característica común: en cualquiera de ellos algo gira necesariamente. Y en todas partes hay un par de ejes inseparables y su soporte: un cojinete

Dado que las fuerzas de fricción por rodadura son mucho menores que las fuerzas de fricción por deslizamiento, en las máquinas y mecanismos, en la mayoría de los casos, los cojinetes lisos se reemplazan por cojinetes de rodillos.

El rodamiento consta de dos anillos. Uno de ellos, el interior, está firmemente montado en el eje y gira con él. El otro anillo exterior está fijado de forma fija entre la base y la tapa del cojinete.

Estos anillos - clips han convertido ranuras en las superficies que se enfrentan entre sí. Entre los clips hay bolas de acero. Cuando se gira el rodamiento, las bolas ruedan a lo largo de las ranuras de las jaulas.

Cuanto mejor estén pulidas las superficies de las pistas y las bolas, menor será la fricción. Para que las bolas no caigan en una pila, están separadas por un separador. Los separadores suelen estar hechos de plástico, acero o bronce.

Durante la rotación, aparece fricción de rodadura en dicho rodamiento. ¡Las pérdidas por fricción en un cojinete de bolas son 20-30 veces menores que en un cojinete liso! Los rodamientos están hechos no solo con bolas, sino también con rodillos. Diferentes formas. Sin rodamientos, la industria y el transporte modernos serían imposibles.

En la actualidad, se utiliza ampliamente un método de reducción de la fricción durante el movimiento de vehículos como un colchón de aire.

Un colchón de aire es una capa de aire comprimido debajo vehículo, que lo eleva por encima de la superficie del agua o de la tierra. Los ventiladores crean una capa de aire comprimido. La ausencia de fricción en la superficie reduce la resistencia al movimiento. La capacidad de una embarcación de este tipo para moverse sobre varios obstáculos en tierra o sobre olas en el agua depende de la altura de la elevación.

La primera idea de un aerodeslizador de este tipo fue expresada por K.E. Tsiolkovsky en 1927, en su obra "Resistencia del aire y tren rápido". Este es un expreso sin ruedas que se precipita sobre un camino de cemento, apoyándose en colchón de aire- capa de aire comprimido.

§ 1 ¿Qué causa la fuerza de fricción y qué es?

Cada uno de nosotros íbamos a andar en trineo o a esquiar, y quién se hacía la pregunta: “¿Por qué no me empujé tanto como podía, de todos modos, tarde o temprano me detendré”?

Imagine una imagen así: un libro de texto sobre un escritorio. Si lo empujas, es decir, le aplicas fuerza, cambiará la velocidad de cero a un cierto valor. Sin embargo, el tutorial se detendrá después de un tiempo.

Ya sabemos que un cambio en la velocidad de un cuerpo es el resultado de la aplicación de una fuerza. ¿Qué fuerza actúa en este caso?

La fuerza de fricción ayudó a que el libro de texto se detuviera. La fuerza de rozamiento surge cuando unos cuerpos se mueven sobre la superficie de otros, y cuando intentan mover el cuerpo.

¿Cuál es la fuerza de fricción?

Para responder a esta pregunta, puede hacer un experimento simple. Tratemos de dibujar una línea con un simple lápiz primero en papel y luego en vidrio. Podemos hacer esto en papel, pero no en vidrio. Esto se debe a que la superficie del papel y la mina del lápiz es áspera cuando se observa al microscopio. Las partículas del lápiz, por así decirlo, se adhieren a la aspereza del papel y permanecen allí. La superficie del vidrio es lisa y no observamos esto.

De esto podemos concluir que la magnitud de la fuerza de fricción depende de la presencia de rugosidad de las superficies de contacto.

¿Y desaparecerá la fuerza de fricción cuando ambas superficies estén pulidas suavemente? Para responder a esta pregunta, podemos realizar el siguiente experimento: intentaremos arrancar un vidrio o un espejo de la superficie del agua. Esto es bastante difícil de hacer. En este caso, también surgirá la fuerza de fricción, pero la razón de su existencia es diferente: la atracción mutua de las moléculas de las superficies en contacto. Y en último ejemplo la magnitud de la fuerza de fricción será muchas veces mayor.

Además de la magnitud, la fuerza debe tener una dirección. La fuerza de fricción siempre se dirige en la dirección opuesta al movimiento del cuerpo.

§ 2 Tipos de fricción

La fricción es de tres tipos:

1. Fricción de reposo. Todos los cuerpos descansan en su lugar solo debido a la fricción del reposo. De lo contrario, todo se caería.

2. Fricción por deslizamiento. Un ejemplo de este tipo de fricción es deslizarse cuesta abajo.

3. Rozamiento por rodadura. Un ejemplo sería conducir y detener un automóvil.

De los tres tipos, la fricción estática tiene el valor más grande y la fricción de rodadura tiene el más pequeño. Rodar es más fácil que arrastrar. Por eso en todo estructuras de ingenieria y la técnica, en lo posible, se sustituye el deslizamiento por el rodar.

Entonces, para la construcción de un monumento a Pedro I en San Petersburgo, se entregó a la ciudad un enorme bloque de piedra que pesaba alrededor de 1000 toneladas en pistas de patinaje, ya que sería imposible arrastrar el pedestal del monumento al fundador de la ciudad. .

La magnitud de la fuerza de fricción se puede medir con un dinamómetro y se mide en Newtons.

§ 3 La importancia de la fricción en la vida humana

Desde el punto de vista de los beneficios para los humanos, la fricción puede ser perjudicial y beneficiosa. Por ejemplo, cuando una puerta comienza a crujir y abre mal, la fricción se considera dañina. La fricción útil es la fricción con la que un ciclista puede detenerse en un semáforo. Si no fuera por él, continuaría moviéndose sin control. En algunos casos, se utilizan varios lubricantes para reducir la fricción. Ni un solo rodamiento sin aceite técnico podrá funcionar.

Por lo tanto, la fricción es extremadamente importante en nuestras vidas. La fricción no solo te permite controlar el movimiento, también contribuye a la estabilidad de los cuerpos.

Sin él, todo rodará y se deslizará hasta que esté al mismo nivel. Los clavos y tornillos se deslizarán de las paredes, las telas se extenderán, no se coserá un solo botón, los hilos simplemente no se pegarán ni a las agujas ni a las telas.

Sin la fricción del descanso, no seríamos capaces de caminar o cabalgar. Recuerda lo difícil que es moverse en el hielo. La causa de la fuerza de fricción puede ser la presencia de rugosidad en las superficies en contacto o la atracción mutua de las moléculas de los cuerpos que interactúan. La fuerza de rozamiento se mide en Newtons y está dirigida en sentido contrario al movimiento del cuerpo.

Lista de literatura usada:

Física. Química. 5-6 clases. Gurevich A.E., Isaev D.A., Pontak L.S. – M.: Avutarda, 2011.
Física. Grado 7: Libro de texto para instituciones educativas / A.V. Perishkin. – M.: Avutarda, 2006.
Física. Grado 8: Libro de texto para instituciones educativas / A.V. Perishkin. – M.: Avutarda, 2010.
Física entretenida. Y. Perelman
Física. Séptimo grado. Libro de texto. Gurevich A. E.

¿Alguna vez te has preguntado por qué tus manos se calientan cuando las frotas, o por qué puedes encender un fuego frotando dos piezas de madera? ¡La respuesta es la fricción! Cuando dos cuerpos se mueven uno respecto al otro, existe una fuerza de fricción que impide dicho movimiento. La fricción puede hacer que se libere energía en forma de calor, calentar las manos, iniciar incendios, etc. Cuanto mayor es la fricción, más energía se libera, por lo que al aumentar la fricción entre las partes móviles en sistema mecánico¡Recibirás mucho calor!

Pasos

Superficies de cuerpos que se frotan

Cuando dos cuerpos se mueven uno respecto al otro, pueden ocurrir los siguientes tres procesos: las irregularidades en la superficie de los cuerpos interfieren con el movimiento de los cuerpos entre sí; una o ambas superficies de los cuerpos pueden deformarse como resultado de tal movimiento; los átomos de cada superficie pueden interactuar entre sí. Todos estos procesos están involucrados en la aparición de la fricción. Por lo tanto, para aumentar la fricción, elija cuerpos con una superficie abrasiva (como papel de lija), una superficie deformable (como goma) o una superficie que tenga propiedades adhesivas (como pegajosa).

Presiona los cuerpos con más fuerza uno contra el otro para aumentar la fricción, ya que la fuerza de fricción es proporcional a la fuerza que actúa sobre el cuerpo que se frota (la fuerza dirigida perpendicularmente a la dirección de movimiento de los cuerpos entre sí).

Si un cuerpo está en movimiento, deténgalo. Hasta ahora, hemos considerado la fricción por deslizamiento que ocurre cuando los cuerpos se mueven entre sí. La fricción por deslizamiento es mucho menor que la fricción estática, es decir, la fuerza que debe vencerse para poner en movimiento dos cuerpos en contacto. Por lo tanto, es más difícil mover un objeto pesado que controlarlo cuando ya se está moviendo.

Haz un experimento simple para entender la diferencia entre fricción deslizante y fricción estática. Coloque la silla sobre un piso liso (no alfombrado). Asegúrese de que no haya goma u otras almohadillas en las patas de la silla para evitar que se deslice. Empuje la silla para moverla. Notarás que una vez que la silla está en movimiento, te resulta más fácil empujarla, porque la fricción deslizante entre la silla y el piso es menor que la fricción estática.

Deshazte de la grasa entre dos superficies para aumentar la fricción. Los lubricantes (aceites, vaselina, etc.) reducen significativamente la fuerza de fricción entre los cuerpos que se frotan, porque el coeficiente de fricción entre los sólidos es mucho mayor que el coeficiente de fricción entre un sólido y un líquido.
- Haz un experimento sencillo. Frote las manos secas y notará que su temperatura ha subido (se han calentado). Ahora mójate las manos y frótalas de nuevo. Ahora no solo te resulta más fácil frotarte las manos, sino que además se calientan menos (o más lentamente).
Deshágase de cojinetes, ruedas y otros cuerpos rodantes para eliminar la fricción de rodadura y obtener una fricción de deslizamiento mucho mayor que la primera (por lo que hacer rodar un cuerpo contra otro es más fácil que empujarlo/jalarlo).
- Por ejemplo, imagina que pones cuerpos de la misma masa en un trineo y en un carro con ruedas. Un carro con ruedas es mucho más fácil de mover (fricción de rodadura) que un trineo (fricción de deslizamiento).
Aumente la viscosidad del fluido para aumentar la fuerza de fricción. La fricción ocurre no solo durante el movimiento. sólidos, pero también en líquidos y gases (agua y aire, respectivamente). La fricción entre un fluido y un sólido depende de varios factores, como la viscosidad del fluido: cuanto mayor sea la viscosidad del fluido, mayor será la fuerza de fricción.

Arrastrar
1. Aumentar el área de superficie corporal. Como se señaló anteriormente, cuando los sólidos se mueven en líquidos y gases, también surge una fuerza de fricción. La fuerza que impide el movimiento de los cuerpos en líquidos y gases se llama arrastre (a veces llamada resistencia del aire o resistencia del agua). El arrastre es mayor a medida que aumenta el área superficial del cuerpo, que se dirige perpendicularmente a la dirección de movimiento del cuerpo a través de un líquido o gas.
  - Por ejemplo, tome una escopeta con una masa de 1 g y una hoja de papel de la misma masa y suéltelas al mismo tiempo. La bolita caerá inmediatamente al suelo y la hoja de papel caerá lentamente. El principio de arrastre es apenas visible aquí: el área de la superficie del papel es mucho más grande que la de una bolita, por lo que la resistencia del aire es mayor y el papel cae al suelo más lentamente.
2. Use una forma de cuerpo con un gran coeficiente de arrastre. De acuerdo con el área de la superficie del cuerpo, dirigida perpendicularmente al movimiento, se puede juzgar la resistencia frontal solo en términos generales. cuerpo varias formas interactúan con líquidos y gases de diferentes maneras (cuando los cuerpos se mueven a través de un gas o líquido). Por ejemplo, una placa plana redonda tiene más resistencia que una placa esférica redonda. El valor que caracteriza la resistencia frontal de cuerpos de varias formas se denomina coeficiente de arrastre.
  
  Utilice cuerpos menos aerodinámicos. Normalmente, cuerpos grandes forma cúbica tienen alta resistencia. Dichos cuerpos tienen esquinas rectangulares y no se estrechan hacia el final. Por otro lado, los cuerpos aerodinámicos tienen bordes redondeados y tienden a estrecharse hacia el final.
3. Utilice cuerpos sin agujeros pasantes. Cualquier orificio pasante en el cuerpo reduce la resistencia, ya que permite que el aire o el agua fluyan a través de dicho orificio (gracias a los orificios, se reduce el área de superficie del cuerpo perpendicular al movimiento). Cuanto más grandes sean los agujeros pasantes, menos arrastre. Esta es la razón por la cual los paracaídas, que están diseñados para crear mucha resistencia (para disminuir la velocidad de caída), están hechos de seda o nailon fuerte y liviano, no de gasa.
  - Por ejemplo, puede aumentar la velocidad de una raqueta de ping-pong taladrando algunos agujeros (para reducir el área de la superficie de la raqueta y, por lo tanto, reducir la resistencia).
4. Aumente la velocidad del cuerpo para aumentar la resistencia (esto es cierto para cuerpos de cualquier forma y hechos de cualquier material). Cuanto mayor sea la velocidad de un objeto, mayor será el volumen de líquido o gas que debe atravesar y mayor será la resistencia. Los cuerpos que se mueven a velocidades muy altas experimentan un tremendo arrastre, por lo que deben ser aerodinámicos; de lo contrario, la fuerza de la resistencia los destruirá.
  - Por ejemplo, considere el Lockheed SR-71, un avión de reconocimiento experimental construido durante guerra Fría. Este avión podía volar a una alta velocidad de M = 3,2 y, a pesar de su forma aerodinámica, experimentaba una enorme resistencia (tan grande que el metal del que estaba hecho el fuselaje del avión se expandía con el calor generado por la fricción).
- Tenga en cuenta que la fricción libera mucha energía en forma de calor. Por ejemplo, ¡no toque las pastillas de freno del automóvil inmediatamente después de frenar!
- Manten eso en mente altos poderes la resistencia puede conducir a la destrucción de un cuerpo que se mueve en un líquido. Por ejemplo, si coloca un trozo de madera contrachapada en el agua durante un viaje en bote (de modo que su superficie quede perpendicular al movimiento del bote), lo más probable es que la madera contrachapada se rompa.

Juegos de fricción papel importante en La vida cotidiana. Esta fuerza debe tenerse en cuenta al diseñar una amplia variedad de sistemas técnicos, cuyo principio de funcionamiento se basa en el contacto directo de las partes móviles. La fricción no siempre es un factor dañino, pero sin embargo, en la mayoría de los casos, los desarrolladores intentan reducirla de varias maneras.

Instrucción

En el caso más simple, intente cambiar el grado de rugosidad de las superficies de los objetos en contacto. Esto se puede lograr mediante la molienda. Los cuerpos cuyas superficies de interacción son suaves y pulidas se moverán entre sí mucho más fácilmente.

Si es posible, reemplace una de las superficies de contacto con una que tenga un coeficiente de fricción más bajo. Puede ser un revestimiento artificial; por ejemplo, el teflón tiene uno de los coeficientes de fricción más bajos, igual a 0,02. Es más fácil cambiar el elemento del sistema que juega el papel de herramienta.

Utilizar lubricantes introduciéndolos entre las superficies de fricción. Este método se usa, por ejemplo, en el esquí, cuando se aplica un lubricante de parafina especial a la superficie de trabajo de los esquís, correspondiente a la temperatura de la nieve. Lubricantes utilizados en otros sistemas tecnicos, puede ser líquido (aceite) o seco (polvo de grafito).

Considere usar "lubricación gaseosa". Se trata de sobre el llamado "cojín de aire". La fuerza de fricción se reduce en este caso al crear un flujo de aire entre superficies previamente en contacto. El método se utiliza en el diseño de vehículos todo terreno diseñados para superar terrenos difíciles.

Si el sistema en cuestión usa fricción deslizante, reemplácelo con fricción rodante. Haz un experimento sencillo. Coloque un vaso común sobre la superficie de una mesa plana e intente moverlo con la mano. Ahora pon el vaso de costado y haz lo mismo. En el segundo caso, será mucho más fácil mover el objeto de su lugar, ya que el tipo de fricción ha cambiado.

Utilice cojinetes donde se produzca fricción. Estos elementos le permiten transformar el tipo de movimiento, lo que reduce significativamente las pérdidas por fricción, reduciendo su fuerza. Este método es el más utilizado en tecnología.

A primera vista, la fricción excesiva es perjudicial. Reduce la eficiencia de los mecanismos, desgasta las piezas. Pero hay casos en los que es necesario aumentar la fuerza de fricción. Por ejemplo, al hacer rodar las ruedas, es necesario mejorar su adherencia a la carretera. Vea cómo se puede hacer esto.

Instrucción

Para entender cómo aumentar la fuerza de fricción, recuerda de qué depende. Considere la fórmula: Ftr \u003d mN, donde m es el coeficiente de fricción, N es la fuerza de reacción del soporte, N. La fuerza de reacción del soporte, a su vez, depende de la masa: N \u003d G \u003d mg, donde G es el peso corporal, H-m es la masa corporal, kg - g - aceleración caida libre, m/s2.

De la fórmula, podemos concluir que la fuerza de fricción depende del coeficiente de fricción. El coeficiente de fricción se determina para cada par de materiales que interactúan y depende de la naturaleza del material y la calidad de la superficie.

Por lo tanto, la primera forma de aumentar la fricción es cambiar el material de la superficie de deslizamiento. Probablemente haya notado que en un zapato es casi imposible moverse sobre un piso de baldosas mojado, y en el otro no siente ningún inconveniente. Esto se debe a que las suelas de los zapatos están hechas de varios materiales. Los zapatos resbaladizos tienen un bajo coeficiente de fricción por deslizamiento de la suela en relación con las baldosas mojadas.

La segunda forma es aumentar la rugosidad de la superficie. Ejemplo: los neumáticos de invierno de un automóvil tienen una banda de rodadura con más relieve que los neumáticos de verano. Debido a esto, en un resbaladizo camino de invierno el coche puede moverse con confianza.

La tercera forma es aumentar la masa. Como se puede ver en la fórmula, la fuerza de fricción depende directamente de la masa. Esto explica por qué un coche cargado en casos individuales es más fácil salir del barro que algo que es ligero. Esta regla funciona con una cierta calidad del suelo: en suelos viscosos y pantanosos, una máquina pesada se hundirá más que una liviana.

La cuarta forma es eliminar el lubricante. Imagine un transportador de línea de producción que consta de rodillos giratorios sobre los que se estira una correa. Los rodillos transportadores comienzan a deslizarse sobre la cinta si están sucios. En este caso, la suciedad actúa como lubricante. Al limpiar las partes del mecanismo, aumentará la fuerza de fricción y aumentará la eficiencia del equipo.

La quinta forma es pulir. Al pulir la superficie, puede aumentar la fuerza de fricción. Esto se debe a que cuando las superficies pulidas entran en contacto, se activan las fuerzas de atracción intermolecular. Por ejemplo, es muy difícil separar dos láminas de vidrio apiladas juntas.

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ley de fricción deslizamiento rodando

El efecto de la lubricación radica en el hecho de que se introduce una capa de líquido viscoso entre las superficies de fricción, que llena todas las irregularidades de la superficie y, adhiriéndose a ellas, forma dos capas de líquido de fricción (Fig. 15)

Arroz. 15.

Por lo tanto, en lugar de la fricción de dos superficies sólidas durante la lubricación, se produce una fricción interna del líquido, que es mucho menor que la fricción externa de dos superficies sólidas. El uso de aceites lubricantes reduce la fricción entre 8 y 10 veces. Un ejemplo típico del significado de la lubricación es el patinaje del patinador de velocidad. Como resultado de la acción de la fuerza del lateral del patinador sobre la pala del patín, la nieve se derrite y aparece agua debajo del patín, que vuelve a congelarse después de que el patinador ha corrido y la presión ha desaparecido. Sin embargo, el agua no es adecuada para la lubricación de los mecanismos, ya que, debido a su baja viscosidad, sería exprimida por el espacio de irregularidades entre las superficies de fricción.

Todas las máquinas tienen una cosa en común: en cualquiera de ellas algo está obligado a girar. Y en todas partes hay un par inseparable: el eje y su soporte, el rodamiento.

Dado que las fuerzas de fricción de rodadura son mucho menores que las fuerzas de fricción de deslizamiento, en máquinas y mecanismos, en la mayoría de los casos, los cojinetes lisos se reemplazan por cojinetes de rodillos (Fig. 16).

Arroz. dieciséis.

El rodamiento consta de dos anillos. Uno de ellos, el interior, está firmemente montado en el eje y gira con él. El otro, el anillo exterior, está fijado de forma fija entre la base y la tapa del cojinete.

Durante la rotación, aparece fricción de rodadura en dicho rodamiento. ¡Las pérdidas por fricción en un cojinete de bolas son 20-30 veces menores que en un cojinete liso! Los rodamientos están hechos no solo con bolas, sino también con rodillos de varias formas. Sin rodamientos, la industria y el transporte modernos serían imposibles.

En la actualidad, se utiliza ampliamente un método de reducción de la fricción durante el movimiento de vehículos como un colchón de aire.

Un colchón de aire (fig. 17) es una capa de aire comprimido debajo de un vehículo que lo eleva por encima de la superficie del agua o la tierra. Los ventiladores crean una capa de aire comprimido. La ausencia de fricción en la superficie reduce la resistencia al movimiento. La capacidad de una embarcación de este tipo para moverse sobre varios obstáculos en tierra o sobre olas en el agua depende de la altura de la elevación.

Arroz. 17

Esquema de operación de un aerodeslizador: 1 - hélices sustentadoras; 2 - flujo de aire; 3 - ventilador; 4 -- membrana flexible (falda).

La primera idea de un aerodeslizador de este tipo fue expresada por K.E. Tsiolkovsky en 1927, en su obra "Resistencia del aire y tren rápido". Este es un expreso sin ruedas que se precipita sobre una carretera de concreto, confiando en un colchón de aire, una capa de aire comprimido.