Hõõrdejõud on füüsiline suurus, mis takistab keha igasugust liikumist. See tekib reeglina siis, kui kehad liiguvad tahkes, vedelas ja gaasilises aines. Erinevat tüüpi hõõrdejõud mängivad inimese elus olulist rolli, kuna need takistavad kehade kiiruse liigset suurenemist.
Hõõrdejõudude klassifikatsioon
Üldiselt kirjeldatakse kõiki hõõrdejõudude tüüpe kolme tüübiga: libisemis-, veere- ja puhkejõu hõõrdejõud. Esimene on staatiline, teised kaks on dünaamilised. Hõõrdumine puhkeolekus ei lase kehal liikuma hakata, libisemisel aga tekib hõõrdumine siis, kui keha hõõrub liikumise ajal vastu teise keha pinda. Veerehõõrdumine tekib siis, kui ümmargune objekt liigub. Võtame näite. Ilmekas näide tüübist (veeremishõõrdejõud) on auto rataste liikumine asfaldil.
Hõõrdejõudude olemus seisneb mikroskoopiliste puuduste olemasolus kahe keha hõõrdepindade vahel. Sel põhjusel mõjuv jõudobjekt, mis liigub või hakkab liikuma, koosneb kokkupuutuvate kehade pinnaga risti suunatud toe N normaalreaktsiooni jõu ja hõõrdejõu F summast. Viimane on suunatud paralleelselt toe N-ga. kontaktpind ja on vastupidine keha liikumisele.
Hõõrdumine kahe tahke aine vahel
Erinevat tüüpi hõõrdejõudude probleemi käsitlemisel täheldati kahe tahke keha puhul järgmisi mustreid:
- Hõõrdejõud on suunatud tugipinnaga paralleelselt.
- Hõõrdetegur sõltub kontaktpindade olemusest ja ka nende seisukorrast.
- Maksimaalne hõõrdejõud on otseses proportsioonis kontaktpindade vahel mõjuva normaalse jõu või tugireaktsiooniga.
- Samade kehade puhul on hõõrdejõud suurem enne, kui keha hakkab liikuma, ja siis väheneb, kui keha hakkab liikuma.
- Hõõrdetegur ei sõltu kontaktpinnast ja praktiliselt ei sõltu libisemiskiirusest.
Seadused
Liikumisseadusi käsitlevast katsematerjalist kokkuvõtteid tehes oleme kehtestanud järgmised hõõrdumise põhiseadused:
- Kahe keha vahelise libisemise takistus on võrdeline nende vahel mõjuva normaaljõuga.
- Liikumiskindlus hõõrduvate kehade vahel ei sõltu nendevahelisest kokkupuutealast.
Teise seaduse demonstreerimiseks saame tuua järgmise näite: kui võtta plokk ja liigutada seda pinnal libisedes, siis selliseks liikumiseks vajalik jõudon sama, kui plokk asub oma pika küljega pinnal ja kui see seisab oma otsaga.
Seadused, mis käsitlevad erinevat tüüpi hõõrdejõude füüsikas, avastas 15. sajandi lõpus Leonard da Vinci. Siis unustati need pikaks ajaks ja alles 1699. aastal avastas need uuesti prantsuse insener Amonton. Sellest ajast peale on hõõrdeseadused tema nime kandnud.
Miks on hõõrdejõud suurem kui puhkeolekus libisemisel?
Arvestades mitut tüüpi hõõrdejõude (puhke- ja libisemisjõud), tuleb arvestada, et staatiline hõõrdejõud on alati väiksem või võrdne staatilise hõõrdeteguri ja toe reaktsioonijõu korrutisega. Nende hõõrdematerjalide hõõrdetegur määratakse katseliselt ja kantakse vastavatesse tabelitesse.
Dünaamiline jõud arvutatakse samamoodi nagu staatiline jõud. Ainult sel juhul kasutatakse hõõrdetegurit spetsiaalselt libisemiseks. Hõõrdetegurit tähistatakse tavaliselt kreeka tähega Μ (mu). Seega on mõlema hõõrdejõu üldvalem: Ftr=ΜN, kus N on toe reaktsioonijõud.
Seda tüüpi hõõrdejõudude erinevuse olemust ei ole täpselt kindlaks tehtud. Enamik teadlasi arvab aga, et staatiline hõõrdejõud on suurem kui libisemisel, sest kui kehad on mõnda aega üksteise suhtes puhkeasendis, võivad nende pindade vahele tekkida ioonsidemed või pindade üksikute punktide mikrofusioonid. Need tegurid põhjustavad staatilise elektri suurenemistindikaator.
Mitt tüüpi hõõrdejõu ja nende avaldumise näide on automootori silindris olev kolb, mis "joodetakse" silindri külge, kui mootor ei tööta pikka aega.
Horisontaalne libisev korpus
Saame liikumisvõrrandi kehale, mis välisjõu Fin toimel hakkab libisedes piki pinda liikuma. Sel juhul mõjuvad kehale järgmised jõud:
- Fv – väline jõud;
- Ftr – hõõrdejõud, mis on vastupidise suunaga jõule Fv;
- N on toe reaktsioonijõud, mis on absoluutväärtuses võrdne keha P raskusega ja on suunatud pinnale, st selle suhtes täisnurga all.
Võttes arvesse kõigi jõudude suundi, kirjutame selle liikumisjuhu jaoks Newtoni teise seaduse: Fv - Ftr=ma, kus m - kehamass, a - liikumise kiirendus. Teades, et Ftr=ΜN, N=P=mg, kus g on vabalangemise kiirendus, saame: Fv – Μmg=ma. Siit, väljendades kiirendust, millega libisev keha liigub, saame: a=F in / m – Μg.
Jäiga keha liikumine vedelikus
Kui mõelda, mis tüüpi hõõrdejõude eksisteerib, tuleks mainida füüsikas olulist nähtust, milleks on kirjeldus, kuidas tahke keha vedelikus liigub. Sel juhul räägime aerodünaamilisest hõõrdumisest, mis määratakse sõltuv alt keha kiirusest vedelikus. Liikumist on kahte tüüpi:
- Millaljäik keha liigub väikese kiirusega, räägitakse laminaarsest liikumisest. Laminaarse liikumise hõõrdejõud on võrdeline kiirusega. Näiteks on Stokesi seadus sfääriliste kehade jaoks.
- Kui keha liikumine vedelikus toimub teatud läviväärtusest suurema kiirusega, hakkavad keha ümber tekkima vedelikuvoogudest tulenevad keerised. Need keerised tekitavad liikumist takistava lisajõu ja selle tulemusena on hõõrdejõud võrdeline kiiruse ruuduga.
Veerehõõrdejõu olemus
Hõõrdejõudude tüüpidest rääkides on tavaks nimetada veerehõõrdejõudu kolmandaks tüübiks. See avaldub siis, kui keha veereb üle teatud pinna ja tekib selle keha ja pinna enda deformatsioon. Ehk siis absoluutselt mittedeformeeruva kere ja pinna puhul pole mõtet rääkida veerehõõrdejõust. Vaatame lähem alt.
Veerehõõrdeteguri mõiste on sarnane libisemise omaga. Kuna veeremise ajal ei toimu kehade pindade vahel libisemist, on veerehõõrdetegur palju väiksem kui libisemisel.
Peamine tegur, mis koefitsienti mõjutab, on veerehõõrdejõu tüübi mehaanilise energia hüsterees. Eelkõige deformeerub ratas liikumise ajal elastselt, olenev alt materjalist, millest see on valmistatud, ja ka koormusest, mida see kannab. Korduvad elastse deformatsiooni tsüklid viivad osa mehaanilisest energiast ülekandmiseni soojusenergiaks. Lisaks tänuvigastuste korral on ratta ja pinna kokkupuutel juba mingi piiratud kontaktpind.
veeremishõõrdejõu valem
Kui rakendame ratast pöörava jõumomendi avaldist, siis saame, et veeremishõõrdejõud on Ftr.k.=Μ k N / R, siin N on toe reaktsioon, R on ratta raadius, Μк – veerehõõrdetegur. Seega on veeremise hõõrdejõud pöördvõrdeline raadiusega, mis selgitab suurte rataste eelist väikeste ees.
Selle jõu pöördvõrdeline proportsionaalsus ratta raadiusega viitab sellele, et kahe erineva raadiusega ratta puhul, millel on sama mass ja mis on valmistatud samast materjalist, on suurema raadiusega ratast lihtsam kasutada. liiguta.
Veerevussuhe
Vastav alt seda tüüpi hõõrdejõu valemile saame, et veerehõõrdeteguril Μk on pikkusmõõde. See sõltub peamiselt kontaktorganite olemusest. Väärtust, mis määratakse veerehõõrdeteguri ja raadiuse suhtega, nimetatakse veereteguriks, see tähendab Ck=Μk / R on mõõtmeteta suurus.
Veeretustegur Ck on oluliselt väiksem kui libisemishõõrdetegur Μtr. Seega, vastates küsimusele, millist tüüpi hõõrdejõud on kõige väiksem, võime julgelt nimetada veerehõõrdejõudu. Tänu sellele asjaolule peetakse ratta leiutamist oluliseks sammuks tehnoloogilises arengus.inimkond.
Veeretamise suhe on süsteemispetsiifiline ja sõltub järgmistest teguritest:
- ratta ja pinna kõvadus (mida väiksem on kehade deformatsioon liikumisel, seda väiksem on veeretegur);
- ratta raadius;
- rattale mõjuv kaal;
- kontaktpind ja selle kuju;
- viskoossus ratta ja pinna kokkupuutepiirkonnas;
- kehatemperatuur
