Kitka on ilmiö, jota kohtaamme jokapäiväisessä elämässä jatkuvasti. On mahdotonta määrittää, onko kitka haitallista vai hyödyllistä. Askeleen ottaminen liukkaalla jäällä tuntuu vaike alta tehtävältä, käveleminen karkealla asf altilla on nautintoa. Auton osat ilman voitelua kuluvat paljon nopeammin.
Kitkan tutkiminen, sen perusominaisuuksien tuntemus antaa ihmisen käyttää sitä.
Kitkavoima fysiikassa
Liikkuviin kappaleisiin kohdistuvaa voimaa, joka syntyy yhden kappaleen liikkeestä tai liikeyrityksestä toisen pinnalla, suunnattu liikesuuntaa vastaan ja joka kohdistuu liikkuviin kappaleisiin, kutsutaan kitkavoimaksi. Kitkavoimamoduuli, jonka kaava riippuu monista parametreista, vaihtelee vastustyypin mukaan.
Seuraavat kitkatyypit erotellaan:
• lepo;
• lipsahdus;
• rullaa.
Jokainen yritys siirtää painavaa esinettä (kaappia, kiveä) paik altaan johtaa ihmisen voiman jännitykseen. Samanaikaisesti ei aina ole mahdollista saada esinettä liikkeelle. Lepon kitka häiritsee tätä.
Lepotila
Staattisen kitkavoiman laskentakaavaei anna meidän määrittää sitä riittävän tarkasti. Newtonin kolmannen lain mukaan staattisen vastusvoiman suuruus riippuu käytetystä voimasta.
Kun voima kasvaa, myös kitkavoima kasvaa.
0 < Flepohäiriö < Fmax
Lepokitka estää puuhun lyötyjä nauloja putoamasta ulos; langalla ommeltut napit pysyvät tiukasti paikoillaan. Mielenkiintoista on, että levon vastustus sallii ihmisen kävellä. Lisäksi se on suunnattu ihmisen liikkeen suuntaan, mikä on ristiriidassa yleisen asiaintilan kanssa.
Liukuva ilmiö
Kun kehoa liikuttava ulkoinen voima kasvaa suurimman staattisen kitkavoiman arvoon, se alkaa liikkua. Liukukitkavoimaa tarkastellaan prosessissa, jossa yksi kappale liu'utetaan toisen pinnan yli. Sen arvo riippuu vuorovaikutuksessa olevien pintojen ominaisuuksista ja pintaan kohdistuvan pystysuoran toiminnan voimasta.
Liukukitkavoiman laskentakaava: F=ΜP, missä Μ on suhteellisuuskerroin (liukukitka), P on pystysuuntaisen (normaalin) paineen voima.
Yksi liikkeellepanevista voimista on liukukitkavoima, jonka kaava kirjoitetaan käyttämällä tuen reaktiovoimaa. Newtonin kolmannen lain täyttymisestä johtuen normaalipainevoimat ja tuen reaktio ovat suuruudeltaan samat ja suunn altaan vastakkaiset: Р=N.
Ennen kuin löydät kitkavoiman, jonka kaava saa eri muodon (F=M N), määritä reaktiovoima.
Liukuvastuskerroin otetaan käyttöön kokeellisesti kahdelle hankauspinnalle, riippuu niiden käsittelyn ja materiaalin laadusta.
Taulukko. Vastuskertoimen arvo eri pinnoille
| pp | Vuorovaikutteiset pinnat | Liukukitkakertoimen arvo |
| 1 | Teräs+jää | 0, 027 |
| 2 | Tammi+tammi | 0, 54 |
| 3 | Nahka+valurauta | 0, 28 |
| 4 | Pronssi+rauta | 0, 19 |
| 5 | Pronssi+valurauta | 0, 16 |
| 6 | Teräs+teräs | 0, 15 |
Suurin staattinen kitkavoima, jonka kaava kirjoitettiin yllä, voidaan määrittää samalla tavalla kuin liukukitkavoima.
Tämä tulee tärkeäksi, kun ratkaistaan ongelmia ajovastuksen vahvuuden määrittämiseksi. Esimerkiksi kirja, jota liikutetaan ylhäältä painetulla kädellä, liukuu käden ja kirjan väliin syntyvän lepovastusvoiman vaikutuksesta. Vastuksen määrä riippuu kirjaan kohdistuvan pystypainevoiman arvosta.
Vyöryvä ilmiö
Esi-isiemme siirtymistä vaunuista vaunuihin pidetään vallankumouksellisena. Pyörän keksintö on ihmiskunnan suurin keksintö. Vierintäkitka, joka syntyy, kun pyörä liikkuu pinnan yli, on huomattavasti pienempi kuin liukuvastus.
Viirin kitkavoimien syntyminen liittyy normaaliin pyörän pintaan kohdistuviin voimiin, ja sillä on luonne, joka erottaa sen liukumisesta. Pyörän lievästä muodonmuutoksesta johtuen muodostuvan alueen keskelle ja sen reunoille syntyy erilaisia painevoimia. Tämä voimien ero määrittää vierintävastuksen esiintymisen.
Vierintäkitkavoiman laskentakaava otetaan yleensä samalla tavalla kuin liukuprosessi. Ero näkyy vain vastuskertoimen arvoissa.
vastustuksen luonne
Kun hankauspintojen karheus muuttuu, myös kitkavoiman arvo muuttuu. Suurella suurennuksella kaksi kosketuksissa olevaa pintaa näyttävät kuohuvilta, joissa on terävät piikit. Kun ne asetetaan päällekkäin, kehon ulkonevat osat ovat kosketuksissa toisiinsa. Kokonaiskontaktialue on merkityksetön. Kun liikutetaan tai yritetään siirtää ruumiita, "huiput" luovat vastusta. Kitkavoiman suuruus ei riipu kosketuspintojen pinta-alasta.
Näyttää siltä, että kahdella täysin sileällä pinnalla ei pitäisi olla minkäänlaista vastusta. Käytännössä kitkavoima tässä tapauksessa on suurin. Tämä ero selittyy voimien alkuperän luonteella. Nämä ovat sähkömagneettisia voimia, jotka vaikuttavat vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden atomien välillä.
Mekaaniset prosessit, joihin luonnossa ei liity kitkaa, ovat mahdottomia, koska kyky "sammuttaa"varautuneiden kappaleiden välillä ei ole sähköistä vuorovaikutusta. Vastusvoimien riippumattomuus kappaleiden keskinäisestä asennosta antaa meille mahdollisuuden kutsua niitä ei-potentiaalisiksi.
On mielenkiintoista, että kitkavoima, jonka kaava muuttuu vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden nopeuden mukaan, on verrannollinen vastaavan nopeuden neliöön. Tämä voima sisältää viskoosin vastuksen voiman nesteessä.
Liike nesteessä ja kaasussa
Kiinteän kappaleen liikkumiseen nesteessä tai kaasussa, nesteessä kiinteän pinnan lähellä, liittyy viskoosinen vastus. Sen esiintyminen liittyy kiinteän kappaleen kuljettamien nestekerrosten vuorovaikutukseen liikkeen aikana. Erilaiset kerrosnopeudet ovat viskoosin kitkan lähde. Tämän ilmiön erikoisuus on nesteen staattisen kitkan puuttuminen. Ulkoisen vaikutuksen suuruudesta riippumatta keho alkaa liikkua nesteessä.
Liikenopeudesta riippuen vastusvoima määräytyy liikkeen nopeuden, liikkuvan kappaleen muodon ja nesteen viskositeetin mukaan. Saman kehon liikettä vedessä ja öljyssä seuraa erisuuruinen vastus.
Matalilla nopeuksilla: F=kv, missä k on kappaleen lineaarisista mitoista ja väliaineen ominaisuuksista riippuva suhteellisuuskerroin, v on kappaleen nopeus.
Nesteen lämpötila vaikuttaa myös sen kitkaan. Pakkasella autoa lämmitetään niin, että öljy lämpenee (sen viskositeetti laskee) ja auttaa vähentämään kosketuksissa olevien moottorin osien tuhoutumista.
Liikkuu nopeammin
Vartalon nopeuden huomattava lisääntyminen voi aiheuttaa turbulentteja virtauksia, kun taas vastus kasvaa dramaattisesti. Arvot ovat: liikenopeuden neliö, väliaineen tiheys ja kehon pinta-ala. Kitkavoimakaava saa eri muodon:
F=kv2, missä k on kappaleen muodosta ja väliaineen ominaisuuksista riippuva suhteellisuustekijä, v on kappaleen nopeus.
Jos runko on virtaviivainen, turbulenssia voidaan vähentää. Delfiinien ja valaiden vartalon muoto on täydellinen esimerkki luonnonlaeista, jotka vaikuttavat eläinten nopeuteen.
Energialähestymistapa
Ympäristön vastustuskyky estää kehon liikkeen tekemisen. Kun käytetään energian säilymislakia, he sanovat, että mekaanisen energian muutos on yhtä suuri kuin kitkavoimien työ.
Voiman työ lasketaan kaavalla: A=Fscosα, missä F on voima, jolla kappale liikkuu etäisyyden s verran, α on voiman ja siirtymäsuuntien välinen kulma.
Ilmeisesti vastusvoima on vastakkainen kappaleen liikkeelle, mistä cosα=-1. Kitkavoiman työ, jonka kaava on Atr=- Fs, arvo on negatiivinen. Tässä tapauksessa mekaaninen energia muunnetaan sisäiseksi energiaksi (muodonmuutos, kuumeneminen).
