Iga looduses ja tehnoloogias toimuva liikumisega, mis hõlmab füüsilist kontakti tahkete kehade vahel, kaasneb hõõrdumine. Selles artiklis toome näiteid hõõrdejõu kohta ja näitame, millistel juhtudel on sellel kasulik roll ja millistel on see ebasoovitav.
Mis tüüpi hõõrdumine tahkete ainete vahel on
Selles artiklis käsitleme ainult näiteid hõõrdejõududest, mis mõjuvad üksteisega füüsiliselt kontaktis olevate tahkete objektide vahel.
Üks olulisi hõõrdumise liike on staatiline hõõrdumine. Nime enda põhjal võib oletada, et see avaldub siis, kui üks keha toetub teise pinnale. Kõik teavad, et mõne raske eseme paig alt liigutamiseks on vaja rakendada mingit välist jõudu, mis on suunatud piki selle objekti ja pinna, millel see seisab, kontaktpinda. Seda jõudu neutraliseerib staatiline hõõrdejõud. See toimib kehade kontaktpindade vahel. Puhke hõõrdumine tekib puutuvate pindade kareduse tõttu, olenemata sellest, kuidasneed ei olnud siledad.
Teine hõõrdetüüp, mida me vaatleme, on libisev hõõrdumine. See tekib ka mainitud kareduse tõttu, kui kehad hakkavad libisedes üksteise suhtes liikuma. Libmishõõrdejõu suund ja rakenduspunkt on täpselt samad, mis staatilise hõõrdumise korral. Ainus erinevus nende jõudude vahel on see, et libisemisjõud on alati väiksem kui puhkejõud.
Kolmas hõõrdetüüp, mis mängib tehnoloogias vähemat rolli kui kaks esimest, on veerehõõrdumine. Nagu nimigi ütleb, ilmub see siis, kui üks keha veereb teise pinnale. Veerehõõrdumise põhjus peitub deformatsiooni hüstereesis, mis viib veerekeha kineetilise energia "hajumiseni". Paljudel praktilistel juhtudel on see hõõrdejõud 10–100 või enam korda väiksem kui eelmist tüüpi hõõrdumine.
Iga tüüpi hõõrdejõud on otseselt võrdelised tugireaktsioonijõuga, millega viimane mõjub kõnealusele kehale.
Staatilise hõõrdejõu kahju ja kasu: näited
Kõigist nimetatud hõõrdumise tüüpidest on staatiline hõõrdumine ehk kõige "kahjutum". Fakt on see, et praktikas on sellel peaaegu alati kasulik roll. Selle ainus negatiivne külg on see, et see on suurem kui libisemishõõrdumine. Viimane asjaolu tähendab, et iga liikumise alustamiseks on vaja teha suuri jõupingutusi. Näiteks lumel suusatamise alustamiseks peate need esm alt sõna otseses mõttes lumepinn alt "rebima".
Näiteid on paljustaatilise hõõrdejõu kasutamine. Loetleme need:
- Naelad ja kruvid, mis hoiavad kindl alt koos kahte tahket puidust, plastist ja metallist korpust, täidavad oma funktsiooni kõnealuse jõu toimel.
- Inimese kõndimine, autode sõitmine teedel on tingitud sellest, et staatiline hõõrdumine on suurem kui libisemishõõrdumine. Vastasel juhul oleks meil raske liikuda, inimesed ja sõidukid libiseksid ühes kohas.
- Kõik kehad, mis toetuvad kaldpindadele, on tingitud staatilisest hõõrdumisest. Kui viimast poleks olemas, siis poleks võimalik kallakul olevale autole käsipidurit või lauale mõnda majapidamistarbeid, mis on veidi kaldu silmapiiri poole, võimatu panna.
Liughõõrdumine ja selle eelised
Erinev alt staatilisest hõõrdumisest, mis mängib inimelus peamiselt positiivset rolli, on libisev hõõrdumine tavaliselt kahjulik jõud. Siiski võib tuua kaks näidet kasuliku libiseva hõõrdejõu kohta:
- Kuna libisev hõõrdumine viib objektide pinna kuumenemiseni (loomulik ja lihtsaim viis mehaanilise energia muundamiseks soojuseks), saab seda efekti kasutada kehade temperatuuri tõstmiseks. Nii et iidsetel aegadel lõid meie esivanemad tuld libiseva hõõrdumise abil.
- Kui juht soovib sõidukit peatada, vajutab ta piduripedaali. Sel juhul libisevad pidurikettad rattavelje sisse ja aeglustavad selle pöörlemist.
Kahjustada libisevat hõõrdumist
Näited libiseva hõõrdumise kohta on kapi liikumine põrandal, kui tahame seda ruumis ümber paigutada, suusataja ja uisutaja libisemine, auto rataste libisemine, kui need on blokeeritud. või libedal teel sõites libisemine erinevate masinate mehhanismide hõõrduvate osade vahel.
Kõigil neil juhtudel mängib libisemishõõrdumine kahjulikku rolli. Need näited libisemishõõrdumise kahjust tulenevad sellest, et see takistab mehaanilist liikumist ja "sööb" teatud hulga kineetilist energiat (suusad, uisud, masinate liikuvad osad). Lisaks põhjustab mehaanilise energia muundamine soojusenergiaks hõõrduvate osade kuumenemist. Nende temperatuuri tõus toob kaasa mikroskoopilise struktuuri muutumise, mis rikub materjalide omadusi. Lõpuks põhjustavad loetletud libisemishõõrdejõu näited hõõrdpindade kulumist, nendele soovimatute soonte ilmnemist ja hõrenemist.
Veerehõõrdumine ning selle kahju ja kasu
Kui vaadelda juure küsimust veerehõõrdejõu kasulikkuse kohta, selgub, et seda pole üldse olemas. Tõepoolest, veerehõõrdumine takistab alati mehaanilist pöörlemist, see põhjustab tööosade kulumist ja nende soovimatut kuumenemist. Sellest hoolimata kasutatakse veeremisnähtust laialdaselt inseneritöös (laagrid, sõidukirattad). Seda seletatakse asjaoluga, et veeremise hõõrdejõud on palju väiksem kui sarnane libisemisjõud, mis vähendab selle ulatust suurusjärkude võrra.kahjulik mõju.
Hõõrdejõudude suurendamine ja vähendamine
Nagu ül altoodud näidetes nägime, on staatilised ja libisevad hõõrdejõud mõnikord kasulikud ja mõnikord kahjulikud. Sellega seoses on inimkond pikka aega kasutanud meetodeid hõõrdumise skaala muutmiseks nii vastava jõu suurendamise kui ka selle vähenemise suunas.
Suurepärased näited hõõrdejõu suurendamise kohta on teedel jääle liiva ja soola puistamine. Nende toimingute tulemusena suureneb jääpinna karedus ja selle tulemusena suurenevad staatilised ja libisevad hõõrdejõud.
Teine viis kõnealuste jõudude suurendamiseks on kasutada spetsiaalseid pindu. Ilmekas näide on auto talverehvi pind, mida iseloomustab sügav turvis ja metallist naelu.
Suusatamise ajal, aga ka erinevate mehhanismide laagrite pöörlemise ajal mängib hõõrdumine negatiivset rolli. Selle vähendamiseks kasutatakse spetsiaalseid määrdeaineid, mis põhinevad tavaliselt rasvadel (vaha, litool).
