هر حرکتی در طبیعت و فناوری که مستلزم وجود تماس فیزیکی بین اجسام جامد باشد، با اصطکاک همراه است. در این مقاله نمونه هایی از نیروی اصطکاک ارائه می دهیم و نشان می دهیم که در چه مواردی نقش مفیدی دارد و در چه مواردی نامطلوب است.
چه نوع اصطکاک بین جامدات وجود دارد
در این مقاله، تنها نمونه‌هایی از نیروهای اصطکاکی را که بین اجسام جامدی که با یکدیگر تماس فیزیکی دارند، اعمال می‌کنیم.
یکی از انواع مهم اصطکاک، اصطکاک ساکن است. بر اساس خود نام، می توان فرض کرد که زمانی که یک بدن روی سطح بدن دیگری قرار می گیرد، خود را نشان می دهد. همه می دانند که برای جابجایی یک جسم سنگین از جای خود، لازم است مقداری نیروی خارجی در امتداد سطح تماس این جسم و سطحی که روی آن قرار دارد اعمال شود. این نیرو توسط نیروی اصطکاک استاتیک خنثی می شود. بین سطوح تماس اجسام عمل می کند. اصطکاک استراحت به دلیل وجود ناهمواری روی سطوح لمس کننده، مهم نیست که چگونه ایجاد می شودآنها صاف نبودند.
دومین نوع اصطکاک که ما به آن نگاه خواهیم کرد، اصطکاک لغزشی است. همچنین به دلیل ناهمواری های ذکر شده، زمانی که بدن ها شروع به حرکت نسبت به یکدیگر با سر خوردن می کنند، ایجاد می شود. جهت و نقطه اعمال نیروی اصطکاک لغزشی دقیقاً مشابه اصطکاک استاتیکی است. تنها تفاوت بین این نیروها این است که نیروی لغزش همیشه کمتر از نیروی استراحت است.
سومین نوع اصطکاک که در فناوری نقش کمتری نسبت به دو مورد اول ندارد، اصطکاک غلتشی است. همانطور که از نامش می‌گوید، زمانی ظاهر می‌شود که یک بدن روی سطح بدن دیگری می‌غلتد. دلیل اصطکاک غلتشی در هیسترزیس تغییر شکل نهفته است که منجر به "پراکندگی" انرژی جنبشی بدنه نورد می شود. در تعدادی از موارد عملی، این نیروی اصطکاک 10-100 بار یا بیشتر از انواع قبلی اصطکاک در نظر گرفته شده کمتر است.
همه انواع نیروهای اصطکاک مستقیماً با نیروی واکنش پشتیبانی که نیروی دوم بر روی جسم مورد نظر عمل می کند، متناسب هستند.
مضرات و فواید نیروی اصطکاک ساکن: مثالها
در بین تمام انواع اصطکاک نام برده شده، شاید اصطکاک ایستا "بی ضررترین" باشد. واقعیت این است که در عمل تقریباً همیشه نقش مفیدی دارد. تنها نکته منفی آن این است که از اصطکاک لغزشی بیشتر است. واقعیت اخیر به این معنی است که برای شروع هر حرکتی باید تلاش زیادی کرد. به عنوان مثال، برای شروع اسکی روی برف، ابتدا باید آنها را به معنای واقعی کلمه از سطح برف "دریدن" کنید.
نمونه های زیادی وجود دارداستفاده از نیروی اصطکاک ساکن بیایید آنها را فهرست کنیم:
- میخ‌ها و پیچ‌هایی که دو بدنه جامد از چوب، پلاستیک و فلز را محکم نگه می‌دارند، عملکرد خود را از طریق اعمال نیروی مورد نظر انجام می‌دهند.
- پیاده روی یک فرد، رانندگی ماشین در جاده ها به این دلیل است که اصطکاک ساکن بیشتر از اصطکاک لغزشی است. در غیر این صورت، حرکت برای ما دشوار خواهد بود، مردم و وسایل نقلیه در یک مکان سر می‌خوردند.
- هر جسمی که بر روی سطوح شیبدار قرار می گیرد به دلیل عمل اصطکاک ساکن است. اگر دومی وجود نداشت، آنگاه نمی‌توان ترمز دستی روی خودروی شیبدار یا هر کالای خانگی روی میزی که تمایل کمی به افق دارد، گذاشت.
اصطکاک لغزشی و مزایای آن
برخلاف اصطکاک استاتیک که عمدتاً نقش مثبتی در زندگی انسان دارد، اصطکاک لغزشی معمولاً یک نیروی مضر است. با این حال، دو مثال از نیروی اصطکاک لغزشی مفید را می توان ارائه داد:
- از آنجایی که اصطکاک لغزشی منجر به گرم شدن سطح اجسام می شود (طبیعی ترین و ساده ترین راه برای تبدیل انرژی مکانیکی به گرما)، می توان از این اثر برای افزایش دمای اجسام استفاده کرد. بنابراین، در دوران باستان، اجداد ما با استفاده از اصطکاک لغزشی آتش می‌ساختند.
- وقتی راننده می خواهد وسیله نقلیه را متوقف کند، پدال ترمز را فشار می دهد. در این حالت، دیسک‌های ترمز داخل رینگ چرخ می‌لغزند و چرخش آن را کاهش می‌دهند.
مضرات اصطکاک لغزشی
نمونه‌هایی از عمل اصطکاک لغزشی عبارتند از: حرکت کابینت روی زمین زمانی که می‌خواهیم آن را در اتاقی مرتب کنیم، سر خوردن یک اسکی باز و یک اسکیت باز، لغزش چرخ‌های ماشین در صورت مسدود شدن آنها. یا هنگام رانندگی در جاده لغزنده، لغزش بین قطعات ساینده مکانیسم های ماشین های مختلف.
در همه این موارد، اصطکاک لغزشی نقش مضری دارد. این مثالها از مضرات اصطکاک لغزشی به این دلیل است که از حرکت مکانیکی جلوگیری می‌کند و مقدار معینی از انرژی جنبشی (اسکی، اسکیت، قطعات متحرک ماشین‌ها) را «می‌خورد». علاوه بر این، تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی حرارتی منجر به گرم شدن قطعات مالشی می شود. افزایش دمای آنها منجر به تغییر در ساختار میکروسکوپی می شود که خواص مواد را نقض می کند. در نهایت، نمونه های ذکر شده از نیروی اصطکاک لغزشی منجر به ساییدگی سطوح مالشی، پیدایش شیارهای ناخواسته روی آنها و نازک شدن می شود.
اصطکاک غلتشی و مضرات و فواید آن
اگر اساساً سؤال مفید بودن نیروی اصطکاک غلتشی را در نظر بگیریم، معلوم می شود که اصلاً وجود ندارد. در واقع، اصطکاک غلتشی همیشه از چرخش مکانیکی جلوگیری می کند، منجر به سایش قطعات کار و گرمایش نامطلوب آنها می شود. با این وجود، پدیده نورد به طور گسترده در مهندسی (بلبرینگ، چرخ خودرو) استفاده می شود. این با این واقعیت توضیح داده می شود که نیروی اصطکاک غلتشی بسیار کمتر از نیروی لغزشی مشابه است که مقیاس آن را با دستورات بزرگی کاهش می دهد.تأثیر مضر.
افزایش و کاهش نیروهای اصطکاک
همانطور که در مثالهای بالا دیدیم، نیروهای اصطکاک ساکن و لغزشی گاهی مفید و گاهی مضر هستند. در این راستا بشر از دیرباز از روش هایی برای تغییر مقیاس اصطکاک هم در جهت افزایش نیروی متناظر و هم در جهت کاهش آن استفاده می کند.
نمونه های عالی برای افزایش نیروی اصطکاک، پاشیدن شن و نمک روی یخ در جاده ها است. در نتیجه این اعمال، زبری سطح یخ افزایش می یابد و در نتیجه نیروهای اصطکاک ساکن و لغزشی افزایش می یابد.
راه دیگر برای افزایش نیروها استفاده از سطوح ویژه است. نمونه بارز سطح تایر زمستانی خودرو است که با آج عمیق و وجود میخ های فلزی مشخص می شود.
در حین اسکی و همچنین در هنگام چرخش یاتاقان های مکانیسم های مختلف، اصطکاک نقش منفی ایفا می کند. برای کاهش آن از روان کننده های مخصوصی استفاده می شود که معمولاً بر پایه چربی ها (موم، لیتول) هستند.
