Vilka är sätten att minska den glidande friktionskraften. Sätt att minska friktionen

Inom tekniken, för att minska påverkan av torrfriktionskrafter mellan ytor, introduceras ett smörjmedel (en trögflytande vätska som skapar ett tunt lager mellan fasta ytor).

Effekten av smörjningen ligger i att ett lager av trögflytande vätska införs mellan gnidningsytorna, som fyller ut alla ojämnheter på ytorna och som fastnar på dem bildar två gnidningsskikt av vätska.

I stället för friktion mellan två fasta ytor under smörjning uppstår därför inre vätskefriktion, som är mycket mindre än den yttre friktionen hos två fasta ytor. Användningen av smörjoljor minskar friktionen med 8-10 gånger. Typiskt exempel smörjvärden representerar skridskoåkarens löpning. Som ett resultat av kraftinverkan från skridskoåkarens sida på skridskokniven smälter snön och vatten dyker upp under skridskonen, som fryser igen efter att åkaren har sprungit och trycket försvunnit. Men i mekanismer är vatten inte lämpligt för smörjning, eftersom det på grund av dess låga viskositet skulle pressas ut ur gapet av ojämnheter mellan gnidningsytorna.

Alla bilar har en gemensamt drag: i någon av dem roterar något nödvändigtvis. Och överallt finns en oskiljaktig paraxel och dess stöd - ett lager

Eftersom krafterna från rullfriktion är mycket mindre än glidfriktionskrafterna, i maskiner och mekanismer ersätts glidlager i de flesta fall av rullager.

Lagret består av två ringar. En av dem - den inre - är stadigt planterad på axeln och roterar med den. Den andra yttre ringen är fast inklämd mellan basen och lagerkåpan.

Dessa ringar - klämmor har svarvade spår på ytorna som är vända mot varandra. Det finns stålkulor mellan klämmorna. När lagret är vridet rullar kulorna längs spåren i burarna.

Ju bättre ytorna på banorna och kulorna är polerade, desto mindre friktion. För att förhindra att bollarna rinner in i en hög separeras de av en separator. Separatorer är vanligtvis gjorda av plast, stål eller brons.

Vid rotation uppstår rullfriktion i ett sådant lager. Friktionsförlusterna i ett kullager är 20-30 gånger mindre än i ett glidlager! Rulllager görs inte bara med kulor, utan också med rullar olika former... Modern industri och transporter hade inte varit möjlig utan rullningslager.

För närvarande används en sådan metod för att minska friktionen vid fordonskörning, såsom en luftkudde, i stor utsträckning.

En luftkudde är ett lager av tryckluft under fordon, som höjer den över vattnets eller jordens yta. Tryckluftsskiktet skapas av fläktar. Bristen på friktion på ytan minskar motståndet mot rörelse. Förmågan hos ett sådant fartyg att röra sig över olika hinder på land eller över vågor på vatten beror på höjden på stigningen.

Den första idén om en sådan svävare uttrycktes av K.E. Tsiolkovsky 1927, i Air Resistance and the Fast Train. Det här är ett hjullöst snabbtåg som rusar över en betongväg, lutande mot luftkudde- ett lager av tryckluft.

§ 1 Vad orsakar friktionskraften och vad är den?

Var och en av oss åkte pulka eller åkte skidor, och vem ställde sig frågan: "Varför, hur hårt jag än tryckte på, kommer jag att sluta förr eller senare?"

Föreställ dig den här bilden - en lärobok som ligger på skrivbordet. Om du trycker på den, det vill säga applicerar kraft på den, kommer den att ändra hastigheten från noll till en viss. Men efter ett tag kommer handledningen att sluta.

Vi vet redan att en förändring i en kropps hastighet är resultatet av kraftanvändning. Vilken kraft agerade i detta fall?

Friktionskraften hjälpte till att stoppa läroboken. Friktionskraften uppstår när vissa kroppar rör sig på andras yta, och när de försöker flytta kroppen från sin plats.

Vad orsakar friktionskraften?

För att svara på denna fråga kan du göra det enklaste experimentet. Låt oss försöka dra en linje enkel penna först på papper och sedan på glas. Vi kan göra det på papper, men inte på glas. Detta beror på att ytan på papperet och blyertspennan är ojämn när den ses i mikroskop. Blypartiklar, som det var, fångar papperets grovhet och förblir där. Ytan på glaset är slät och vi ser inte detta.

Följaktligen kan man dra slutsatsen att storleken på friktionskraften beror på förekomsten av grovhet hos kontaktytorna.

Kommer friktionskraften att försvinna när båda ytorna är jämnt slipade? För att svara på denna fråga kan vi utföra följande experiment: vi kommer att försöka riva av ett glas eller en spegel från vattenytan. Detta är ganska svårt att göra. I det här fallet kommer friktionskraften också att uppstå, men orsaken till dess existens är annorlunda - den ömsesidiga attraktionen av molekylerna i kontaktytorna. Och i sista exemplet storleken på friktionskraften blir många gånger större.

Förutom storleken måste kraften ha en riktning. Friktionskraften är alltid riktad i motsatt riktning mot kroppens rörelse.

§ 2 Friktionstyper

Det finns tre typer av friktion:

1. Friktion i vila. Alla kroppar vilar på plats endast på grund av vilans friktion. Annars skulle allt falla.

2. Glidfriktion. Ett exempel på denna typ av friktion är pulka i nedförsbacke.

3. Rullfriktion. Ett exempel skulle vara att köra och stanna en bil.

Av alla de tre typerna är den statiska friktionen störst och den rullande friktionen den minsta. Det är lättare att rulla än att dra. Det är därför i alla fall tekniska strukturer och teknik, där det är möjligt, ersätts glidning med rullning.

Så för byggandet av monumentet till Peter I i St. Petersburg levererades ett enormt stenblock som vägde cirka 1000 ton till staden på skridskobanor, eftersom det skulle vara omöjligt att dra piedestalen för monumentet till stadens grundare .

Storleken på friktionskraften kan mätas med en dynamometer, och den mäts i Newton.

3 § Friktionens betydelse i människolivet

Ur fördelar för människor kan friktion vara skadligt och fördelaktigt. Till exempel, när dörren börjar knarra och öppnas dåligt anses friktion vara skadlig. Användbar är friktionen som gör att cyklisten stannar vid ett trafikljus. Om han inte var där skulle han ha fortsatt okontrollerbar rörelse. I vissa fall används olika smörjmedel för att minska friktionen. Inget lager kan fungera utan teknisk olja.

Således är friktion av yttersta vikt i våra liv. Friktion tillåter inte bara rörelsekontroll, den bidrar också till kropparnas stabilitet.

Utan den kommer allt att rulla och glida tills det är på samma nivå. Spikar och skruvar kommer att glida ut ur väggarna, tyger kommer krypa, inte en enda knapp kommer att sys på, trådarna kommer helt enkelt inte att fastna varken i nålarna eller i tygerna.

Utan vilofriktion kunde vi varken gå eller åka. Kom ihåg hur svårt det är att röra sig på is. Orsaken till friktionskraften kan antingen vara närvaron av grovhet på kontaktytorna eller den ömsesidiga attraktionen av molekylerna i de samverkande kropparna. Friktionskraften mäts i Newton och är riktad i motsatt riktning mot kroppens rörelse.

Lista över använd litteratur:

1. Fysik. Kemi. 5-6 årskurser. Gurevich A.E., Isaev D.A., Pontak L.S. - M .: Bustard, 2011.
2. Fysik. Årskurs 7: Lärobok för läroanstalter / A.V. Peryshkin. - M .: Bustard, 2006.
3. Fysik. Årskurs 8: Lärobok för läroanstalter / A.V. Peryshkin. - M .: Bustard, 2010.
4. Underhållande fysik. J. Perelman
5. Fysik. 7 grader. Lärobok. A.E. Gurevich

Har du någonsin undrat varför dina händer blir varma när du gnuggar dem mot varandra, eller varför gnidning av två träbitar kan skapa eld? Svaret är friktion! När två kroppar rör sig i förhållande till varandra uppstår en friktionskraft som förhindrar sådan rörelse. Friktion kan göra att energi frigörs i form av värme, värmande händer, slående eld och så vidare. Ju mer friktion, desto mer energi frigörs därför genom att öka friktionen mellan de rörliga delarna in mekaniskt system, du kommer att få mycket värme!

Steg

Ytor på gnidningskroppar

När två kroppar rör sig i förhållande till varandra kan följande tre processer inträffa: oregelbundenheter på kropparnas yta stör kropparnas rörelse i förhållande till varandra; en eller båda ytorna på kropparna kan deformeras som ett resultat av sådan rörelse; atomer på varje yta kan interagera med varandra. Alla dessa processer är involverade i uppkomsten av friktion. För att öka friktionen bör du därför välja kroppar med en slipande yta (som sandpapper), en deformerbar yta (som gummi) eller en yta som har vidhäftande egenskaper (som klibbig).

Pressa kropparna närmare varandra för att öka friktionen, eftersom friktionskraften är proportionell mot kraften som verkar på gnidningskroppen (kraften riktad vinkelrätt mot kropparnas rörelseriktning i förhållande till varandra).

Om en kropp är i rörelse, stoppa den. Hittills har vi beaktat glidfriktionen som uppstår när kroppar rör sig i förhållande till varandra. Glidfriktion är mycket mindre än statisk friktion, det vill säga kraften som måste övervinnas för att få två kontaktkroppar i rörelse. Därför är det svårare att flytta ett tungt föremål än att kontrollera det när det redan rör sig.

• Gör ett enkelt experiment för att förstå skillnaden mellan glidfriktion och statisk friktion. Placera din stol på ett slätt golv (inte matta). Se till att det inte finns något gummi eller andra dynor på stolsbenen för att förhindra glidning. Tryck på stolen för att flytta den. Du kommer att märka att när stolen väl är i rörelse blir det lättare för dig att trycka på den eftersom glidfriktionen mellan stolen och golvet är mindre än vilofriktionen.

1. Bli av med fettet mellan de två ytorna för att öka friktionen. Smörjmedel (oljor, vaselin, etc.) minskar friktionskraften mellan gnidningskroppar avsevärt, eftersom friktionskoefficienten mellan fasta ämnen är mycket högre än friktionskoefficienten mellan en fast substans och en vätska.

   • Gör ett enkelt experiment. Gnid ihop torra händer så märker du att deras temperatur har ökat (de är varmare). Blöt nu händerna och gnugga dem igen. Nu är det inte bara lättare för dig att gnugga ihop händerna, utan de värms också upp mindre (eller långsammare).

2. Bli av med lager, hjul och andra rullkroppar för att bli av med rullfriktion och få glidfriktion som är mycket större än den första (därför är det lättare att rulla en kropp i förhållande till en annan än att trycka/dra i den).

   • Tänk dig till exempel att du lägger kroppar av samma massa i en släde och på en vagn med hjul. En vagn med hjul är mycket lättare att flytta (rullfriktion) än en släde (glidfriktion).

3. Öka vätskans viskositet för att öka friktionskraften. Friktion är inte begränsad till rörelse fasta ämnen, men även i vätskor och gaser (vatten respektive luft). Friktionen mellan en vätska och en fast substans beror på flera faktorer, till exempel vätskans viskositet - ju högre vätskans viskositet desto större friktionskraft.

   Drag

   1. Öka din kroppsyta. Som noterats ovan, när fasta ämnen rör sig i vätskor och gaser, uppstår också en friktionskraft. Den kraft som hindrar kroppars rörelse i vätskor och gaser kallas drag (kallas ibland luftmotstånd eller vattenmotstånd). Frontalmotståndet är större med en ökning av kroppsytan, som är riktad vinkelrätt mot kroppens rörelseriktning genom en vätska eller gas.

      • Ta till exempel en 1 g pellet och ett pappersark med samma vikt och släpp dem samtidigt. Fläcken faller omedelbart till golvet och pappersarket kommer sakta att sjunka ner. Här är dragprincipen bara synlig - papprets yta är mycket större än en pellets, så luftmotståndet är större och papperet faller långsammare till golvet.

   2. Använd en kroppsform med en hög dragkoefficient. Med det område av kroppsytan som är riktat vinkelrätt mot rörelsen är det möjligt att bedöma frontalmotståndet endast i allmänna termer. Kropp av olika former interagerar med vätskor och gaser på olika sätt (när kroppar rör sig genom en gas eller vätska). Till exempel har en rund platt platta mer motstånd än en rund bollformad platta. Värdet som kännetecknar dragkraften hos kroppar av olika former kallas dragkoefficienten.

      Använd mindre strömlinjeformade kroppar. Vanligtvis, stora kroppar kubisk form har hög dragkraft. Sådana kroppar har rektangulära hörn och avsmalnar inte mot slutet. Å andra sidan har strömlinjeformade kroppar rundade kanter och smalnar vanligtvis av mot slutet.

   3. Använd kroppar utan genomgående hål. Alla genomgående hål i kroppen minskar motståndet genom att tillåta luft eller vatten att strömma genom hålet (hål minskar kroppsytan vinkelrätt mot rörelsen). Ju större genomgående hål, desto lägre dragkraft. Det är därför fallskärmar, som är designade för att skapa mycket motstånd (för att sakta ner hastigheten på fallet), är gjorda av slitstarkt, lätt silke eller nylon, inte gasväv.

      • Till exempel kan du öka hastigheten på din pingispaddel genom att borra flera hål i paddeln (för att minska paddelns yta och därför minska motståndet).

   4. Öka kroppens hastighet för att öka motståndet (detta är sant för kroppar av alla former och gjorda av vilket material som helst). Ju högre hastighet ett föremål har, desto större volym vätska eller gas måste det passera genom och desto större motstånd. Kroppar som rör sig i mycket höga hastigheter upplever ett enormt motstånd, så de måste strömlinjeformas; annars kommer motståndets kraft att förstöra dem.

      • Tänk till exempel på Lockheed SR-71, ett experimentellt spaningsflygplan byggt under kalla kriget... Detta flygplan kunde flyga med en hög hastighet M = 3,2 och upplevde, trots sin strömlinjeformade form, ett enormt motstånd (så stort att metallen som flygplanskroppen tillverkades av expanderade vid upphettning på grund av friktion).
   • Kom ihåg att friktion frigör mycket energi i form av värme. Rör till exempel inte bilens bromsbelägg direkt efter inbromsning!
   • Var vänlig och uppmärksamma att höga krafter motstånd kan leda till att en kropp som rör sig i en vätska förstörs. Till exempel, om du under en båttur lägger en bit plywood i vattnet (så att dess yta är vinkelrät mot båtens rörelse), kommer plywooden troligen att gå sönder.

Friktion spelar viktig roll v Vardagsliv... Denna kraft måste beaktas vid utformning av en mängd olika tekniska system, vars princip är baserad på direktkontakt mellan rörliga delar. Friktion är inte alltid en skadlig faktor, men ändå försöker utvecklare i de flesta fall minska den på en mängd olika sätt.

Instruktioner

I det enklaste fallet, försök att ändra grovheten på ytorna på de kontaktande föremålen. Detta kan uppnås genom slipning. Kroppar, vars samverkande ytor är släta, bringade till en glans, kommer att röra sig relativt varandra mycket lättare.

Om möjligt, byt ut en av de passande ytorna med en med lägre friktionskoefficient. Det kan vara konstgräs – till exempel har Teflon en av de lägsta friktionskoefficienterna, lika med 0,02. Det är lättare att ändra den del av systemet som spelar rollen som ett verktyg.

Använd smörjmedel genom att injicera dem mellan gnidningsytorna. Denna metod används till exempel vid skidåkning, när ett speciellt paraffinvax appliceras på skidornas arbetsyta, motsvarande snöns temperatur. Smörjmedel som används i andra tekniska system, kan vara flytande (olja) eller torr (grafitpulver).

Överväg att använda ett "gasformigt smörjmedel". Det är om den så kallade "luftkudden". En minskning av friktionskraften uppstår i detta fall på grund av skapandet av ett luftflöde mellan ytorna i kontakt tidigare. Metoden används vid design av terrängfordon utformade för att övervinna svår terräng.

Om systemet i fråga använder glidfriktion, ersätt det med rullfriktion. Prova ett enkelt experiment. Placera ett vanligt glas på en plan yta av bordet och försök att flytta det med handen. Lägg nu glaset på sidan och gör detsamma. I det andra fallet blir det mycket lättare att flytta objektet från sin plats, eftersom typen av friktion har ändrats.

Använd lager där friktion uppstår. Dessa element gör det möjligt att omvandla typen av rörelse, vilket avsevärt minskar friktionsförlusterna och minskar dess kraft. Denna metod används mest inom tekniken.

Vid första anblicken är överdriven friktionskraft skadlig. Det minskar effektiviteten hos mekanismer, sliter ut delar. Men det finns fall då friktionskraften behöver ökas. Till exempel, när hjulen rullar, är det nödvändigt att förbättra deras grepp. Se hur du kan göra detta.

Instruktioner

För att förstå hur man ökar friktionskraften, kom ihåg vad det beror på. Betrakta formeln: Ftr = mN, där m är friktionskoefficienten, N är stödets reaktionskraft, N. Stödreaktionskraften beror i sin tur på massan: N = G = mg, där G är kroppsvikten, N- m är masskroppen, kg - g - acceleration fritt fall, m/s2.

Från formeln kan vi dra slutsatsen att friktionskraften beror på friktionskoefficienten. Friktionskoefficienten bestäms för varje par av interagerande material och beror på materialets natur och ytans kvalitet.

Således är det första sättet att öka friktionen att byta material på glidytan. Du har säkert märkt att det i vissa skor är nästan omöjligt att röra sig på ett blött klinkergolv, medan du i den andra inte känner några besvär. Det beror på att sulorna på stövlarna är gjorda av olika material... Hala skor har en låg glidfriktionskoefficient för sulan i förhållande till våta plattor.

Det andra sättet är att öka ytjämnheten. Exempel - vinterdäck för en bil har en mer framträdande slitbana än sommardäck. På grund av detta, på en hal vinterväg fordonet kan röra sig med tillförsikt.

Det tredje sättet är att öka massan. Som du kan se av formeln beror friktionskraften direkt på massan. Detta förklarar varför en lastad bil in enskilda fall lättare att ta sig ur leran än ljus. Denna regel fungerar med en viss jordkvalitet - en tung maskin kommer att sjunka mer ner i en trögflytande, sumpig jord än en lätt.

Det fjärde sättet är att ta bort fettet. Föreställ dig en produktionslinjetransportör som består av roterande rullar på vilka ett band sträcks. Transportrullarna börjar glida på bandet om de är smutsiga. I det här fallet fungerar smutsen som ett smörjmedel. Genom att rengöra mekanismens delar kommer du att öka friktionskraften och öka utrustningens effektivitet.

Det femte sättet är polering. Genom att polera ytan kan du öka friktionskraften. Detta beror på det faktum att när de polerade ytorna kommer i kontakt, aktiveras krafterna för intermolekylär attraktion. Det är till exempel väldigt svårt att trycka isär två glasskivor som är staplade ihop.

OBS, bara IDAG!

Allt intressant

Bromskraften är kraften från glidfriktionen. Om kraften som appliceras på kroppen överstiger i värde maximal styrka friktion, sedan börjar kroppen röra sig. Den glidande friktionskraften verkar alltid i motsatt riktning mot hastigheten. Instruktion 1 för...

Friktion - viktig egendom besatt av allt på jorden. Om det inte funnits någon friktion, så skulle livet på planeten troligen ha utvecklats enligt något annat scenario och, möjligen, skulle ha varit närvarande i en helt annan form. Världen bekant för alla...

Om kroppen rör sig med acceleration, så påverkar det nödvändigtvis en viss kraft. För honom är hon ett lager av dragkraft in det här ögonblicket tid. V verkliga världen, även om kroppen rör sig likformigt och rätlinjigt, måste dragkraften övervinna krafterna ...

Bromssträcka är sträckan från början av inbromsning till ett helt stopp av ett fordon eller annat transportmedel. Det kan vara olika beroende på hastighet, vikt på bilen, vilken typ av täckning den rör sig på. Allt detta måste beaktas...

Om kraften riktad parallellt med ytan som kroppen står på överstiger friktionskraften i vila, kommer rörelsen att börja. Det kommer att fortsätta till kl drivkraft kommer att överskrida glidfriktionskraften beroende på koefficienten ...

friktion lag glidande rullande

Inom tekniken, för att minska påverkan av torrfriktionskrafter mellan ytor, introduceras ett smörjmedel (en trögflytande vätska som skapar ett tunt lager mellan fasta ytor).

Effekten av smörjning ligger i att ett lager av trögflytande vätska införs mellan gnidytorna, som fyller ut alla ojämnheter på ytorna och som fastnar på dem bildar två gnuggande lager av vätska (fig. 15).

Ris. 15.

I stället för friktion mellan två fasta ytor under smörjning uppstår därför inre vätskefriktion, som är mycket mindre än den yttre friktionen hos två fasta ytor. Användningen av smörjoljor minskar friktionen med 8-10 gånger. Ett typiskt exempel på innebörden av smörjning är skridskoåkning. Som ett resultat av kraftinverkan från skridskoåkarens sida på skridskokniven smälter snön och vatten dyker upp under skridskonen, som fryser igen efter att åkaren har sprungit och trycket försvunnit. Men i mekanismer är vatten inte lämpligt för smörjning, eftersom det på grund av dess låga viskositet skulle pressas ut ur gapet av ojämnheter mellan gnidningsytorna.

Alla maskiner har en sak gemensamt: i någon av dem roterar något nödvändigtvis. Och överallt finns ett oskiljaktigt par - en axel och dess stöd - ett lager

Eftersom krafterna från rullfriktion är mycket mindre än glidfriktionskrafterna, ersätts glidlager i maskiner och mekanismer i de flesta fall av rullager (fig. 16).

Ris. 16.

Lagret består av två ringar. En av dem - den inre - är stadigt planterad på axeln och roterar med den. Den andra, den yttre ringen, är fast inklämd mellan basen och lagerkåpan.

Dessa ringar - klämmor har svarvade spår på ytorna som är vända mot varandra. Det finns stålkulor mellan klämmorna. När lagret är vridet rullar kulorna längs spåren i burarna.

Ju bättre ytorna på banorna och kulorna är polerade, desto mindre friktion. För att förhindra att bollarna rinner in i en hög separeras de av en separator. Separatorer är vanligtvis gjorda av plast, stål eller brons.

Vid rotation uppstår rullfriktion i ett sådant lager. Friktionsförlusterna i ett kullager är 20-30 gånger mindre än i ett glidlager! Rullningslager tillverkas inte bara med kulor utan också med rullar av olika former. Modern industri och transporter hade inte varit möjlig utan rullningslager.

För närvarande används en sådan metod för att minska friktionen vid fordonskörning, såsom en luftkudde, i stor utsträckning.

En luftkudde (fig. 17) är ett lager av tryckluft under fordonet som lyfter upp den från vattenytan eller marken. Tryckluftsskiktet skapas av fläktar. Bristen på friktion på ytan minskar motståndet mot rörelse. Förmågan hos ett sådant fartyg att röra sig över olika hinder på land eller över vågor på vatten beror på höjden på stigningen.

Ris. 17

Driftschema för ett fartyg med en luftkudde: 1 - propellrar; 2 - luftflöde; 3 - fläkt; 4 - flexibelt membran (kjol).

Den första idén om en sådan svävare uttrycktes av K.E. Tsiolkovsky 1927, i Air Resistance and the Fast Train. Det är en hjullös express som rusar över en betongväg, lutad mot en luftkudde - ett lager av tryckluft.