Se credea anterior că mecanismul de frecare nu este complicat: suprafața este acoperită de nereguli și fricțiunea este rezultatul ridicării pieselor culisante la aceste neregularități; dar acest lucru este greșit, pentru că atunci nu ar exista nici o pierdere de energie, dar de fapt, energia este cheltuită pe frecare.
Mecanismul pierderilor este diferit. Și aici este extrem de surprinzător faptul că această fricțiune poate fi descrisă aproximativ empiric printr-o lege simplă. Forța necesară pentru a depăși fricțiunea și pentru a trage un obiect deasupra suprafeței celuilalt depinde de forța direcționată de-a lungul suprafeței normale pe suprafețele de contact.
Suprafața unui corp solid are de obicei nereguli. De exemplu, chiar metale foarte fin măcinate într-un microscop electronic prezintă "munți" și "depresiuni" de dimensiuni de 100-1000A. În timpul comprimării corpurilor, contactul are loc numai în locurile cele mai înalte, iar zona reală de contact este mult mai mică decât suprafața totală a suprafețelor de contact. Presiunea în punctele de contact poate fi foarte mare, iar deformarea plastică apare acolo. Zona de contact crește și presiunea scade. Aceasta continuă până când presiunea atinge o anumită valoare, la care se oprește deformarea. Prin urmare, zona reală de contact este proporțională cu forța de compresie.
La punctul de contact, acționează forțele aderenței moleculare (se știe, de exemplu, că suprafețele metalice foarte curățate și netede aderă unele la altele).
Acest model al forțelor de frecare uscată (așa-numita fricțiune între corpurile solide) pare să fie aproape de situația actuală din metale.
Dacă corpul, de exemplu, se află pur și simplu pe o suprafață orizontală, atunci forța de frecare nu acționează asupra acestuia. Frecarea se produce dacă încercați să mutați corpul, aplicați forța acestuia. În timp ce magnitudinea acestei forțe nu depășește o anumită valoare, corpul rămâne în repaus și forța de frecare este egală în mărime și inversă în direcția forței aplicate. Apoi mișcarea începe.
Poate părea surprinzător, dar forța de fricțiune a repausului accelerează mașina. La urma urmei, atunci când mașina se mișcă, roțile nu alunecă în raport cu drumul, iar între anvelope și suprafața drumului există o forță de fricțiune de repaus. Așa cum este ușor de văzut, este îndreptată spre mișcarea mașinii. Mărimea acestei forțe nu poate depăși valoarea maximă a fricțiunii de odihnă. Prin urmare, dacă pe un drum alunecos apăsați brusc pe gaz, atunci mașina va începe să alunece. Dar dacă apăsați frânele, roțile se vor opri și mașina va aluneca de-a lungul drumului. Forța de frecare își va schimba direcția și va începe să frâneze mașina.
Forța de frecare datorată alunecării solidelor depinde nu numai de proprietățile suprafețelor și de forța de presiune (această dependență este calitativ identică cu cea a fricțiunii de odihnă), dar și de viteza de mișcare. Adesea, cu o viteză crescătoare, forța de fricțiune cade mai întâi brusc, iar apoi începe din nou să crească.
Această caracteristică importantă a forței de frecare a alunecării explică de ce sună șirul de vioară. La început, nu există o alunecare între arc și șir, iar șirul este prins de arc. Atunci când forța de fricțiune a odihnei atinge valoarea maximă, șirul se rupe și apoi oscilează aproape ca unul liber, apoi este capturat din nou de un arc etc.
Simboluri similare, dar deja dăunătoare, pot apărea atunci când metalul este prelucrat pe un strung datorită frecarii dintre așchii îndepărtate și tăietor. Și dacă arcul este frecat de colofoniu pentru a face ca dependența forței de frecare să fie mai puternică pe viteză, atunci când prelucrați metalul este necesar să acționați în sens invers (alegeți o formă specială a tăietorului, unsorii etc.). Deci, este important să cunoaștem legile de frecare și să le putem folosi.
În plus față de frecare uscată, există și așa-numita frecare lichidă care apare când substanțele solide se deplasează în lichide și gaze și sunt asociate cu viscozitatea lor. Forțele de frecare lichide sunt proporționale cu viteza de mișcare și dispăreau atunci când corpul se oprește. Prin urmare, într-un fluid, se poate face corpul să se miște, aplicând chiar și o forță foarte mică. De exemplu, o barjă greu de apă pe care o persoană o poate pune în mișcare, împingând partea inferioară a celui de-al șaselea și pe teren o astfel de încărcătură, desigur, nu se poate mișca. Această caracteristică importantă a forțelor de frecare lichidă explică, de exemplu, faptul că mașina "aduce" pe un drum umed. Frecarea devine lichidă, iar chiar neregulile mici pe șosea, creând forțe laterale, conduc la o "deviere" a mașinii.
Rezumând cele de mai sus, putem concluziona că apariția fricțiunii se datorează, în primul rând, rugozității suprafețelor care creează rezistență la mișcare și prezența coeziunii în corpurile presate unul împotriva celuilalt. Studiul tuturor caracteristicilor fenomenului de frecare este o problemă fizico-mecanică destul de complexă, a cărei considerație depășește cursul mecanicii teoretice.
În calculele de inginerie, acestea provin de obicei dintr-un set de legi generale stabilite experimental care, cu suficientă precizie pentru practică, reflectă principalele caracteristici ale fenomenului de frecare. Aceste legi, numite legile de frecare alunecare în repaus (legile lui Coulomb), pot fi formulate după cum urmează:
1. Când un corp se deplasează de-a lungul suprafeței celuilalt în planul de contact al corpurilor, apare o forță de forță (sau forța de coeziune) a cărei valoare poate lua orice valoare de la zero la valoarea Fpr. numita forță de frecare limitatoare.
Forța de frecare alunecătoare (sau pur și simplu forța de frecare) este componenta forței de reacție a legăturii, care se află în planul tangent la suprafețele corpurilor de contact.
Forța de frecare este îndreptată în direcția opusă celei în care forțele de acțiune tind să miște corpul.
În mecanica teoretică, se presupune că nu există lubrifiant între suprafețele corpurilor de contact.
Fricțiunea uscată se numește frecare atunci când nu există lubrifiant între suprafețele corpurilor de contact.
Vom lua în considerare două cazuri: fricțiunea în repaus sau echilibrul corpului și frecare alunecătoare atunci când un corp se mișcă pe suprafața celuilalt cu o anumită viteză relativă.
În repaus, forța de frecare depinde doar de forțele active. Cu direcția aleasă a tangentei în punctul de contact al suprafețelor corpurilor, forța de frecare se calculează prin formula:
În mod similar, cu direcția normală aleasă, reacția normală este exprimată prin forțele date:
Când un corp se deplasează deasupra suprafeței celuilalt, forța de frecare este o valoare constantă.
2. Mărimea forței de frecare limitatoare este egală cu produsul coeficientului de fricțiune statică la presiunea normală sau reacția normală:
Coeficientul de frecare static - numărul abstractului 0<<1; он опре-деляется опытным путем и зависит от материала соприкасающихся тел и состояния поверхностей (характер обработки, температура, влажность, смазка и т. п.). Считается, что коэффициент трения не зависит от скорости движения.
3. Forța de alunecare limitată de alunecare, alte lucruri fiind egale, nu depinde de aria de contact dintre suprafețele de frecare. Din această lege rezultă că, pentru a se deplasa, de exemplu, o cărămidă, trebuie să se aplice aceeași forță, indiferent dacă este pusă pe suprafață, largă sau îngustă.
Combinând prima și a doua lege, găsim că la echilibru forța de fricțiune a restului (forța de aderență)
Trimiteți-le prietenilor: