Kaikki kosketus kahden kappaleen välillä johtaa kitkavoimaan. Tässä tapauksessa ei ole väliä missä aggregoidussa ainetilassa kappaleet ovat, liikkuvatko ne suhteessa toisiinsa vai ovatko ne levossa. Tässä artikkelissa tarkastellaan lyhyesti, millaisia kitkaa luonnossa ja tekniikassa esiintyy.
Lepokitka
Moille voi olla outo ajatus, että kehojen kitkaa on olemassa myös niiden ollessa levossa suhteessa toisiinsa. Lisäksi tämä kitkavoima on suurin voima muiden tyyppien joukossa. Se ilmenee, kun yritämme siirtää mitä tahansa esinettä. Se voi olla puupalikka, kivi tai jopa pyörä.
Syynä staattisen kitkavoiman olemassaoloon on epäsäännöllisyyksiä kosketuspinnoilla, jotka ovat mekaanisesti vuorovaikutuksessa toistensa kanssa piikin pohjan periaatteen mukaisesti.
Staattinen kitkavoima lasketaan seuraavalla kaavalla:
Ft1=µtN
Tässä N on tuen reaktio, jolla pinta vaikuttaa kehoon normaalia pitkin. Parametri µt on kitkakerroin. Se riippuukosketuspintojen materiaali, näiden pintojen käsittelyn laatu, lämpötila ja eräät muut tekijät.
Kirjallinen kaava osoittaa, että staattinen kitkavoima ei riipu kosketuspinnasta. Lausekkeen Ft1 avulla voit laskea niin sanotun maksimivoiman. Monissa käytännön tapauksissa Ft1 ei ole maksimi. Se on aina yhtä suuri kuin ulkoinen voima, joka yrittää saada kehon levosta.
Lepokitkalla on tärkeä rooli elämässä. Tämän ansiosta voimme liikkua maassa, työntyen pois siitä jalkapohjilla, ilman liukastumista. Horisonttiin k altevassa tasossa olevat kappaleet eivät liuku niistä pois voiman Ft1.
takia.
Kitka liukumisen aikana
Toinen henkilölle tärkeä kitka ilmenee, kun yksi keho liukuu toisen pinnan yli. Tämä kitka syntyy samasta fysikaalisesta syystä kuin staattinen kitka. Lisäksi hänen vahvuutensa lasketaan samank altaisella kaavalla.
Ft2=µkN
Ainoa ero edelliseen kaavaan on eri kertoimien käyttö liukukitkalle µk. Kertoimet µk ovat aina pienempiä kuin samanlaiset staattisen kitkan parametrit samalle hankauspintaparille. Käytännössä tämä tosiasia ilmenee seuraavasti: ulkoisen voiman asteittainen lisääntyminen johtaa Ft1 arvon kasvuun, kunnes se saavuttaa maksimiarvonsa. Sen jälkeen hänputoaa jyrkästi useita kymmeniä prosentteja arvoon Ft2 ja pysyy vakiona kehon liikkeen aikana.
Kerroin µk riippuu samoista tekijöistä kuin staattisen kitkan parametri µt. Liukukitkavoima Ft2 ei käytännössä riipu kappaleiden liikkeen nopeudesta. Vain suurilla nopeuksilla se laskee selvästi.
Liukukitkan merkitys ihmiselämälle näkyy esimerkeissä, kuten hiihto tai luistelu. Näissä tapauksissa kerrointa µk pienennetään muuttamalla hankauspintoja. Päinvastoin teiden suolalla ja hiekalla kastelemalla pyritään nostamaan kertoimien µk ja µt.
Viirintäkitka
Tämä on yksi tärkeimmistä kitkan tyypeistä nykyaikaisen tekniikan toiminnan kann alta. Sitä esiintyy laakerien pyörimisen ja ajoneuvojen pyörien liikkeen aikana. Toisin kuin liuku- ja lepokitka, vierintäkitka johtuu pyörän muodonmuutoksesta liikkeen aikana. Tämä muodonmuutos, joka tapahtuu elastisella alueella, haihduttaa energiaa hystereesin seurauksena, mikä ilmenee kitkavoimana liikkeen aikana.
Suurin vierintäkitkavoiman laskeminen suoritetaan kaavan mukaan:
Ft3=d/RN
Toisin sanoen voima Ft3, kuten voimat Ft1 ja Ft2, on suoraan verrannollinen tuen reaktioon. Se riippuu kuitenkin myös kosketuksissa olevien materiaalien kovuudesta ja pyörän säteestä R. Arvod kutsutaan vierintävastuskertoimeksi. Toisin kuin kertoimilla µk ja µt, d:llä on pituusmitta.
Dimensioton suhde d/R osoittautuu pääsääntöisesti 1-2 suuruusluokkaa pienemmäksi kuin arvo µk. Tämä tarkoittaa, että kappaleiden liikkuminen rullauksen avulla on energeettisesti paljon edullisempaa kuin liukumisen avulla. Siksi vierintäkitkaa käytetään kaikissa mekanismien ja koneiden hankauspinnoissa.
Kitkakulma
Kaikille kolmelle edellä kuvatulle kitkamuodolle on ominaista tietty kitkavoima Ft, joka on suoraan verrannollinen N:ään. Molemmat voimat on suunnattu suorassa kulmassa toisiinsa nähden.. Kulmaa, jonka niiden vektorisumma muodostaa normaalin pinnan kanssa, kutsutaan kitkakulmaksi. Ymmärtääksemme sen tärkeyden, käytetään tätä määritelmää ja kirjoitetaan se matemaattisessa muodossa, saamme:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Siten kitkakulman θ tangentti on yhtä suuri kuin kitkakerroin k tietyntyyppiselle voimalle. Tämä tarkoittaa, että mitä suurempi kulma θ, sitä suurempi itse kitkavoima.
Kitka nesteissä ja kaasuissa
Kun kiinteä kappale liikkuu kaasumaisessa tai nestemäisessä väliaineessa, se törmää jatkuvasti tämän väliaineen hiukkasten kanssa. Nämä törmäykset, joihin liittyy jäykän kappaleen nopeuden menetys, aiheuttavat kitkaa nestemäisissä aineissa.
Tämäntyyppinen kitka riippuu suuresti nopeudesta. Joten suhteellisen pienillä nopeuksilla kitkavoimaosoittautuu suoraan verrannolliseksi liikkeen nopeuteen v, kun taas suurilla nopeuksilla puhumme suhteellisuudesta v2.
Tästä kitkasta on monia esimerkkejä, veneiden ja laivojen liikkeistä lentokoneiden lentoihin.
