Hõõrdumine on nähtus, millega me igapäevaelus pidev alt kokku puutume. On võimatu kindlaks teha, kas hõõrdumine on kahjulik või kasulik. Libedal jääl isegi sammu astumine tundub raske ülesanne, konarlikul asfaldil kõndimine on nauding. Ilma määrimiseta autoosad kuluvad palju kiiremini.
Hõõrdumise uurimine, selle põhiomaduste tundmine võimaldab inimesel seda kasutada.
Hõõrdejõud füüsikas
Ühe keha liikumisest või liikumiskatsest teise pinnal tekkivat jõudu, mis on suunatud vastu liikumissuunda, rakendatakse liikuvatele kehadele, nimetatakse hõõrdejõuks. Hõõrdejõu moodul, mille valem sõltub paljudest parameetritest, varieerub sõltuv alt takistuse tüübist.
Eristatakse järgmisi hõõrdetüüpe:
• puhata;
• libisemine;
• veereb.
Iga katse rasket eset (kappi, kivi) oma koh alt liigutada toob kaasa inimese jõupinge. Samas ei ole alati võimalik objekti liikuma panna. Puhkuse hõõrdumine segab seda.
Puhke olek
Staatilise hõõrdejõu arvutusvalemei võimalda meil seda piisav alt täpselt kindlaks teha. Newtoni kolmanda seaduse kohaselt sõltub staatilise takistusjõu suurus rakendatavast jõust.
Jõu suurenedes suureneb ka hõõrdejõud.
0 < Fpuhkeprobleemid < Fmax
Puhkushõõrdumine ei lase puitu löödud naeltel välja kukkuda; niidiga õmmeldud nööbid on kindl alt paigal. Huvitav on see, et just puhkuse vastupanu võimaldab inimesel kõndida. Pealegi on see suunatud inimese liikumise suunas, mis on vastuolus asjade üldise seisuga.
Libisev nähtus
Kui keha liigutav välisjõud tõuseb suurima staatilise hõõrdejõu väärtuseni, hakkab see liikuma. Libmishõõrdejõudu arvestatakse ühe keha libisemisel üle teise pinna. Selle väärtus sõltub interakteeruvate pindade omadustest ja pinnale mõjuva vertikaalse toime jõust.
Libhõõrdejõu arvutusvalem: F=ΜP, kus Μ on proportsionaalsustegur (libisemishõõrdumine), P on vertikaalse (normaal)rõhu jõud.
Üheks liikumapanevaks jõuks on libisemishõõrdejõud, mille valem on kirjas toe reaktsioonijõudu kasutades. Newtoni kolmanda seaduse täitmise tõttu on normaalrõhu jõud ja toe reaktsioon ühesuurused ja vastassuunalised: Р=N.
Enne kui leiate hõõrdejõu, mille valem on erineva kujuga (F=M N), määrake reaktsioonijõud.
Libisemistakistuse koefitsient kehtestatakse katseliselt kahe hõõrdepinna jaoks, see sõltub nende töötlemise ja materjali kvaliteedist.
Tabel. Erinevate pindade takistusteguri väärtus
| lk | Suhtlevad pinnad | Libisemishõõrdeteguri väärtus |
| 1 | Teras+jää | 0, 027 |
| 2 | tamm+tamm | 0, 54 |
| 3 | Nahk+malm | 0, 28 |
| 4 | Pronks+raud | 0, 19 |
| 5 | Pronks+malm | 0, 16 |
| 6 | Teras+teras | 0, 15 |
Suurimat staatilise hõõrdejõudu, mille valem on ülalpool kirjutatud, saab määrata samamoodi nagu libisemishõõrdejõudu.
See muutub oluliseks probleemide lahendamisel, et määrata kindlaks sõidutakistuse tugevus. Näiteks raamat, mida liigutatakse ül alt surutud käega, libiseb käe ja raamatu vahele tekkiva puhketakistusjõu toimel. Takistuse suurus sõltub raamatu vertikaalse survejõu väärtusest.
Rolling fenomen
Meie esivanemate üleminekut lohistadelt vankritele peetakse revolutsiooniliseks. Ratta leiutamine on inimkonna suurim leiutis. Veerehõõrdumine, mis tekib siis, kui ratas liigub üle pinna, on oluliselt väiksem kui libisemistakistus.
Veerehõõrdejõudude tekkimine on seotud rataste normaalse survega pinnale, selle olemus eristab seda libisemisest. Ratta kerge deformatsiooni tõttu tekivad moodustunud ala keskel ja piki selle servi erinevad survejõud. See jõudude erinevus määrab veeretakistuse tekkimise.
Veerehõõrdejõu arvutamise valem võetakse tavaliselt sarnaselt libisemisprotsessiga. Erinevus on näha ainult takistuse koefitsiendi väärtustes.
Vastupanu olemus
Hõõrdepindade kareduse muutumisel muutub ka hõõrdejõu väärtus. Suure suurenduse korral näevad kaks kokkupuutuvat pinda välja nagu teravate tippudega konarused. Kui need on üksteise peale asetatud, on need keha väljaulatuvad osad üksteisega kontaktis. Kokkupuuteala on ebaoluline. Kehade liigutamisel või liigutamisel tekitavad "tipud" vastupanu. Hõõrdejõu suurus ei sõltu kontaktpindade pindalast.
Tundub, et kahel täiesti siledal pinnal ei tohiks olla mingit takistust. Praktikas on hõõrdejõud sel juhul maksimaalne. Seda lahknevust seletatakse jõudude päritolu olemusega. Need on elektromagnetilised jõud, mis toimivad vastastikmõjus olevate kehade aatomite vahel.
Mehaanilised protsessid, millega looduses ei kaasne hõõrdumist, on võimatud, sest võime "välja lülitada"laetud kehade vahel puudub elektriline vastastikmõju. Vastupanujõudude sõltumatus kehade vastastikusest asendist võimaldab neid nimetada mittepotentsiaalseteks.
Huvitav on see, et hõõrdejõud, mille valem muutub sõltuv alt vastastikmõjus olevate kehade kiirusest, on võrdeline vastava kiiruse ruuduga. See jõud hõlmab viskoosse takistuse jõudu vedelikus.
Liikumine vedelikus ja gaasis
Tahke keha liikumisega vedelikus või gaasis, vedelikus tahke pinna lähedal kaasneb viskoosne takistus. Selle esinemine on seotud vedelikukihtide vastasmõjuga, mida liikumisprotsessis kaasa haarab tahke keha. Erinevad kihi kiirused on viskoosse hõõrdumise allikaks. Selle nähtuse eripära on vedeliku staatilise hõõrdumise puudumine. Olenemata välismõju suurusest hakkab keha vedelikus viibides liikuma.
Sõltuv alt liikumiskiirusest määrab takistusjõu liikumiskiirus, liikuva keha kuju ja vedeliku viskoossus. Sama keha vees ja õlis liikumisega kaasneb erineva suurusega vastupanu.
Madalatel kiirustel: F=kv, kus k on keha lineaarmõõtmetest ja keskkonna omadustest sõltuv proportsionaalsustegur, v on keha kiirus.
Vedeliku temperatuur mõjutab ka hõõrdumist selles. Pakase ilmaga soojendatakse autot nii, et õli soojeneb (selle viskoossus väheneb) ja aitab vähendada kokkupuutuvate mootoriosade hävimist.
Liikumise kiirendamine
Keha kiiruse märkimisväärne suurenemine võib põhjustada turbulentseid voolusid, samal ajal kui takistus suureneb järsult. Väärtused on järgmised: liikumiskiiruse ruut, söötme tihedus ja keha pindala. Hõõrdejõu valem saab erineva kuju:
F=kv2, kus k on keha kujust ja keskkonna omadustest sõltuv proportsionaalsustegur, v on keha kiirus.
Kui kere on voolujooneline, saab turbulentsi vähendada. Delfiinide ja vaalade kehakuju on suurepärane näide loodusseadustest, mis mõjutavad loomade kiirust.
Energialähenemine
Keha liigutamise töö tegemist takistab keskkonna vastupanu. Energia jäävuse seadust kasutades öeldakse, et mehaanilise energia muutus on võrdne hõõrdejõudude tööga.
Jõu töö arvutatakse valemiga: A=Fscosα, kus F on jõud, mille all keha liigub kauguse s, α on jõu ja nihke suundade vaheline nurk.
Ilmselt on takistusjõud vastupidine keha liikumisele, kust cosα=-1. Hõõrdejõu töö, mille valem on Atr=- Fs, väärtus on negatiivne. Sel juhul muundatakse mehaaniline energia siseenergiaks (deformatsioon, kuumenemine).
