All kontakt mellan två kroppar resulterar i en friktionskraft. I det här fallet spelar det ingen roll i vilket aggregerat materiatillstånd kropparna befinner sig, om de rör sig i förhållande till varandra eller är i vila. I den här artikeln kommer vi kortfattat att överväga vilka typer av friktion som finns i naturen och tekniken.
Vilofriktion
För många kan det vara en konstig idé att kropparnas friktion existerar även när de är i vila i förhållande till varandra. Dessutom är denna friktionskraft den största kraften bland andra typer. Det visar sig när vi försöker flytta något föremål. Det kan vara ett träblock, en sten eller till och med ett hjul.
Orsaken till förekomsten av den statiska friktionskraften är förekomsten av ojämnheter på kontaktytorna, som mekaniskt samverkar med varandra enligt peak-trough-principen.
Den statiska friktionskraften beräknas med följande formel:
Ft1=µtN
Här är N reaktionen av stödet med vilken ytan verkar på kroppen längs normalen. Parametern µt är friktionskoefficienten. Det beror påmaterialet på kontaktytorna, kvaliteten på bearbetningen av dessa ytor, deras temperatur och några andra faktorer.
Den skrivna formeln visar att den statiska friktionskraften inte beror på kontaktytan. Uttrycket för Ft1 låter dig beräkna den så kallade maximala kraften. I ett antal praktiska fall är Ft1 inte maxvärdet. Den är alltid lika stor som den yttre kraften som försöker få kroppen ur vila.
Vilofriktion spelar en viktig roll i livet. Tack vare detta kan vi röra oss på marken, trycka av från den med fotsulorna, utan att halka. Kroppar som befinner sig på plan som lutar mot horisonten glider inte av dem på grund av kraften Ft1.
Friktion under glidning
En annan viktig typ av friktion för en person visar sig när en kropp glider över ytan på en annan. Denna friktion uppstår av samma fysiska anledning som den statiska friktionen. Dessutom beräknas hans styrka med en liknande formel.
Ft2=µkN
Den enda skillnaden mot föregående formel är användningen av olika koefficienter för glidfriktion µk. Koefficienterna µk är alltid mindre än liknande parametrar för statisk friktion för samma par gnidytor. I praktiken yttrar sig detta faktum på följande sätt: en gradvis ökning av den yttre kraften leder till en ökning av värdet av Ft1 tills det når sitt maximala värde. Efter det honsjunker kraftigt med flera tiotals procent till värdet Ft2 och hålls konstant under kroppens rörelse.
Koefficient µk beror på samma faktorer som parameter µt för statisk friktion. Glidfriktionskraften Ft2 beror praktiskt taget inte på kropparnas rörelsehastighet. Först vid höga hastigheter blir det märkbart att minska.
Vikten av glidfriktion för mänskligt liv kan ses i exempel som skidåkning eller skridskoåkning. I dessa fall reduceras koefficienten µk genom att modifiera gnidningsytorna. Tvärtom syftar besprutning av vägar med s alt och sand till att öka värdena på koefficienterna µk och µt.
Rullande friktion
Detta är en av de viktiga typerna av friktion för att modern teknik ska fungera. Det är närvarande under rotationen av lagren och rörelsen av hjulen på fordon. Till skillnad från glid- och vilofriktion beror rullfriktion på att hjulet deformeras under rörelse. Denna deformation, som uppstår i det elastiska området, avleder energi som ett resultat av hysteres och visar sig som en friktionskraft under rörelse.
Beräkning av den maximala rullande friktionskraften utförs enligt formeln:
Ft3=d/RN
Det vill säga kraften Ft3, som krafterna Ft1 och Ft2, är direkt proportionell mot underlagets reaktion. Men det beror också på hårdheten hos materialen i kontakt och hjulradien R. Värdetd kallas rullmotståndskoefficienten. Till skillnad från koefficienterna µk och µt, har d dimensionen längd.
Som regel visar sig det dimensionslösa förhållandet d/R vara 1-2 storleksordningar mindre än värdet µk. Detta gör att kroppsrörelsen med hjälp av rullning är mycket mer energimässigt gynnsam än med hjälp av glidning. Det är därför som rullfriktion används i alla gnidytor på mekanismer och maskiner.
Friktionsvinkel
Alla tre typer av friktionsmanifestationer som beskrivs ovan kännetecknas av en viss friktionskraft Ft, som är direkt proportionell mot N. Båda krafterna är riktade i räta vinklar i förhållande till varandra. Vinkeln som deras vektorsumma bildar med normalen till ytan kallas friktionsvinkeln. För att förstå dess betydelse, låt oss använda denna definition och skriva den i matematisk form, vi får:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Tangensen för friktionsvinkeln θ är alltså lika med friktionskoefficienten k för en given typ av kraft. Det betyder att ju större vinkeln θ är, desto större blir själva friktionskraften.
Friktion i vätskor och gaser
När en fast kropp rör sig i ett gasformigt eller flytande medium, kolliderar den ständigt med partiklar av detta medium. Dessa kollisioner, åtföljda av en förlust av hastigheten hos den stela kroppen, är orsaken till friktion i flytande ämnen.
Den här typen av friktion är starkt beroende av hastighet. Så, vid relativt låga hastigheter, friktionskraftenvisar sig vara direkt proportionell mot rörelsehastigheten v, medan vi vid höga hastigheter talar om proportionalitet v2.
Det finns många exempel på denna friktion, från förflyttning av båtar och fartyg till flygning av flygplan.
