Kaiken luonnossa ja teknologian liikkeissä, joihin liittyy fyysinen kosketus kiinteiden kappaleiden välillä, liittyy kitkaa. Tässä artikkelissa annamme esimerkkejä kitkavoimasta ja näytämme, missä tapauksissa sillä on hyödyllinen rooli ja missä se ei ole toivottavaa.
Mitä kiinteiden aineiden välistä kitkaa on
Tässä artikkelissa tarkastellaan vain esimerkkejä kitkavoimista, jotka vaikuttavat kiinteiden esineiden välillä, jotka ovat fyysisessä kosketuksessa toisiinsa.
Yksi tärkeimmistä kitkan tyypeistä on staattinen kitka. Itse nimen perusteella voidaan olettaa, että se ilmenee, kun yksi keho lepää toisen pinnalla. Kaikki tietävät, että jonkin raskaan esineen siirtämiseksi pois paik altaan on tarpeen kohdistaa ulkoinen voima, joka on suunnattu tämän esineen kosketuspintaa ja pintaa, jolla se seisoo. Tätä voimaa vastustaa staattinen kitkavoima. Se toimii kehon kosketuspintojen välillä. Lepon kitkaa syntyy koskettavien pintojen epätasaisuuksien vuoksi riippumatta siitä, mitenne eivät olleet sileitä.
Toinen kitkatyyppi, jota tarkastelemme, on liukukitka. Se syntyy myös mainitusta karkeudesta johtuen, kun kappaleet alkavat liikkua suhteessa toisiinsa liukumalla. Liukukitkavoiman suunta ja kohdistamispiste ovat täsmälleen samat kuin staattisen kitkan kohdalla. Ainoa ero näiden voimien välillä on, että liukuvoima on aina pienempi kuin lepovoima.
Kolmas kitkatyyppi, jolla ei ole vähemmän merkitystä tekniikassa kuin kahdella ensimmäisellä, on vierintäkitka. Kuten nimensä sanoo, se ilmestyy, kun yksi keho vierii toisen pinnalla. Syy vierintäkitkaan on muodonmuutoshystereesissä, joka johtaa vierintäkappaleen liike-energian "hajoamiseen". Useissa käytännön tapauksissa tämä kitkavoima on 10-100 tai enemmänkin pienempi kuin aikaisemmat kitkatyypit.
Kaikki kitkavoimat ovat suoraan verrannollisia tukireaktiovoimaan, jolla jälkimmäinen vaikuttaa kyseiseen kehoon.
Staattisen kitkavoiman haitat ja hyödyt: esimerkkejä
Kaikista mainituista kitkatyypeistä staattinen kitka on ehkä "vaarattomin". Tosiasia on, että käytännössä sillä on melkein aina hyödyllinen rooli. Sen ainoa negatiivinen puoli on, että se on suurempi kuin liukukitka. Jälkimmäinen tosiasia tarkoittaa, että jokaiseen liikkeen alkamiseen on ponnisteltava paljon. Esimerkiksi, jos haluat aloittaa hiihtämisen lumella, sinun on ensin kirjaimellisesti "revittävä" ne irti lumen pinnasta.
Esimerkkejä on moniastaattisen kitkavoiman käyttö. Listataan ne:
- Naulat ja ruuvit, jotka pitävät tiukasti kaksi kiinteää puuta, muovia ja metallia yhdessä, suorittavat tehtävänsä kyseessä olevan voiman vaikutuksesta.
- Ihmisen käveleminen, autolla ajaminen teillä johtuu siitä, että staattinen kitka on suurempi kuin liukukitka. Muuten meidän olisi vaikea liikkua, ihmiset ja ajoneuvot liukuvat yhdessä paikassa.
- Kaikki k altevilla pinnoilla lepäävät kappaleet johtuvat staattisen kitkan vaikutuksesta. Jos jälkimmäistä ei olisi olemassa, olisi mahdotonta laittaa käsijarrua rinteessä olevaan autoon tai pöydällä olevaan taloustavaraan, joka on hieman kallistunut horisonttiin.
Liukukitka ja sen edut
Toisin kuin staattinen kitka, jolla on pääasiassa myönteinen rooli ihmisen elämässä, liukukitka on yleensä haitallinen voima. Voidaan kuitenkin antaa kaksi esimerkkiä hyödyllisestä liukukitkavoimasta:
- Koska liukukitka johtaa esineiden pinnan kuumenemiseen (luonnollinen ja helpoin tapa muuttaa mekaaninen energia lämmöksi), tätä vaikutusta voidaan käyttää kehon lämpötilan nostamiseen. Joten muinaisina aikoina esi-isämme sytyttivät tulta liukukitkalla.
- Kun kuljettaja haluaa pysäyttää ajoneuvon, hän painaa jarrupoljinta. Tässä tapauksessa jarrulevyt liukuvat pyörän vanteen sisällä ja hidastavat sen pyörimistä.
Haitaa liukukitkaa
Esimerkkejä liukukitkan vaikutuksesta ovat kaapin liike lattialla, kun sitä halutaan järjestää uudelleen huoneessa, hiihtäjän ja luistelijan liukuminen, auton pyörien luistaminen, kun ne ovat tukossa tai liukkaalla tiellä ajettaessa eri koneiden mekanismien hankaavien osien välistä liukastumista.
Kaikissa näissä tapauksissa liukukitkalla on haitallinen rooli. Nämä esimerkit liukukitkan haitoista johtuvat siitä, että se estää mekaanista liikettä ja "syö" tietyn määrän liike-energiaa (sukset, luistimet, koneiden liikkuvat osat). Lisäksi mekaanisen energian muuntaminen lämpöenergiaksi johtaa hankausosien kuumenemiseen. Niiden lämpötilan nousu johtaa mikroskooppisen rakenteen muutokseen, mikä rikkoo materiaalien ominaisuuksia. Lopuksi luetellut esimerkit liukukitkavoimasta johtavat hankauspintojen kulumiseen, ei-toivottujen urien ilmaantumiseen niille ja ohenemiseen.
Viirintäkitka ja sen haitat ja hyödyt
Jos tarkastelemme pohjimmiltaan kysymystä vierintäkitkavoiman hyödyllisyydestä, käy ilmi, että sitä ei ole ollenkaan. Itse asiassa vierintäkitka estää aina mekaanisen pyörimisen, se johtaa työosien kulumiseen ja niiden ei-toivottuun kuumenemiseen. Siitä huolimatta vierintäilmiötä käytetään laajasti tekniikassa (laakerit, ajoneuvojen pyörät). Tämä selittyy sillä, että vierintäkitkavoima on paljon pienempi kuin vastaava liukuvoima, mikä pienentää sen mittakaavaa suuruusluokkaa.haitallinen vaikutus.
Kitkavoimien lisääminen ja vähentäminen
Kuten näimme yllä olevissa esimerkeissä, staattiset ja liukuvat kitkavoimat ovat joskus hyödyllisiä ja joskus haitallisia. Tässä suhteessa ihmiskunta on pitkään käyttänyt menetelmiä kitkan asteikon muuttamiseksi sekä vastaavan voiman lisäämisen että sen pienenemisen suuntaan.
Hyviä esimerkkejä kitkavoiman lisäämisestä ovat hiekan ja suolan ripotteleminen teiden jäälle. Näiden toimien seurauksena jään pinnan karheus lisääntyy ja sen seurauksena staattiset ja liukuvat kitkavoimat lisääntyvät.
Toinen tapa lisätä kyseisiä voimia on käyttää erikoispintoja. Silmiinpistävä esimerkki on auton talvirenkaan pinta, jolle on ominaista syvä kulutuspinta ja metallipiikit.
Hiihdon aikana sekä erilaisten mekanismien laakerien pyörimisen aikana kitkalla on negatiivinen rooli. Sen vähentämiseksi käytetään erityisiä voiteluaineita, jotka perustuvat yleensä rasvaan (vaha, litoli).
