Coeficient de frecare în alunecare și laminare

În condiții terestre, orice corpuri în mișcare (sau care intră în mișcare) vin în contact cu substanța mediului sau cu alte organisme. În acest caz, există forțe care rezistă mișcării lor. Aceste forțe sunt numite forțele de frecare, ei traduc o parte energie mecanică mișcarea energiei interne, care este însoțită de încălzirea corpurilor și a mediului.

Frecarea este externă și internă. Interiorul (denumit și vâscozitate) constă în apariția unei forțe tangențiale între straturile în mișcare ale unui lichid sau un gaz care interferează cu această deplasare.

Dimpotrivă, frecarea externă apare la contactul solidelor sub formă de forță tangențial la suprafața și împiedicând mișcarea reciprocă a acestora. Aceasta, la rândul său, este împărțită în statică (fricțiune de odihnă) și cinematică. Fricțiunea statică se manifestă atunci când încercați să mutați un corp fix față de celălalt. Cinematic există între corpurile în mișcare care se află în contact unul cu celălalt. Fricțiunea externă poate fi împărțită în alunecare și laminare prin frecare.

Care este sensul fizic al frecarii? Este util sau dăunător? La prima vedere, frecare doar ne împiedică: detaliile mecanismelor, anvelopele mașinilor se uzează, tăldurile pantofilor sunt șterse și așa mai departe. perpetuum mobile este imposibil doar din acest motiv. Dar uita-te atent. Frictiunea disparuta - nu putem sa ne plimbam sau sa ne intoarcem cartea, nici sa ne mutam masina si sa nu ne mai oprim. Un număr uriaș fizice în lume se bazează pe frecare. Cele două realizări principale ale omenirii, care au determinat dezvoltarea civilizației - exploatarea focului și inventarea unei roți - ar fi fost imposibilă fără ea.

Acest fenomen se bazează pe inegalitatea oricăror corpuri: atunci când cineva este atins, crestăturile unuia întotdeauna se agață de rugozitatea celuilalt. Pentru suprafețe perfect netede (de exemplu, bine măcinate), apropiate una de alta, acționează legile de frecare moleculară, bazate pe atracția reciprocă a moleculelor.

Știința tribologiei studiază frecarea. În 1781, fizicianul francez S. Coulomb a formulat legile fundamentale ale fricțiunii uscate. Experimental, omul de știință a stabilit că forța de frecare F, care apare atunci când este alunecată, este direct proporțională cu forța N care acționează asupra corpului de presiune normală. Această relație este după cum urmează:

N: F = k ∙ N;

unde k este coeficientul de frecare (coeficientul de proporționalitate). Valoarea sa a fost calculată după cum urmează: corpul a fost așezat pe un plan înclinat și prin schimbarea unghiului de înclinare a fost atins mișcare uniformă. Forța de frecare F a fost egală cu forța motrice P:

F = P ∙ sin a;

Mărimea forței N (forța presiunii normale) este P ∙ cos a și, prin urmare, k = tan a. Coeficientul de frecare este, prin urmare, tangenta unghiului de înclinare a suprafeței de-a lungul căreia corpul alunecă uniform, adică la o viteză constantă.

În practică, valoarea sa poate fi calculată numai aproximativ. Suprafețele corpurilor, de regulă, sunt mai mult sau mai puțin contaminate, au oxizi, rugina și alte incluziuni. Coeficientul de frecare, determinat în perechi pentru combinații de materiale diferite prin experimente, este inclus în tabelele de referință speciale.

La rulare, frecare apare deoarece roata în mișcare este ușor apăsată în suprafața șoselei, adică forțată să depășească o ciocnire mică. Cu cât drumul este mai greu, cu atât este mai mică această ciocnire și cu atât este mai mică forța de frecare. Valoarea sa este calculată în acest caz prin formula: F = k ∙ N / r, în care r este raza roții. În consecință, coeficientul de frecare la rulare are o dimensiune a lungimii. De obicei se exprimă în centimetri, în contrast cu coeficientul de frecare alunecător, care este o cantitate fără dimensiuni.

După cum sa menționat mai sus, coeficientul de frecare internă există nu numai pentru substanțele solide, ci și pentru lichide. În sistemele hidraulice, este adesea necesar să se calculeze pierderea de energie specifică a sistemelor hidraulice care apar în conducte. Acestea sunt de două tipuri: pierderile de lungime care apar în țevi drepte cu debit uniform și pierderi locale, cauza care este deformarea fluxului datorită modificărilor în forma canalului (constricție, dilatare, întoarcere). Pierderile hidraulice sunt calculate folosind o valoare similară, numită "coeficientul de frecare hidraulică".