Kitkailmiöllä ihmiselämässä on sekä myönteinen että negatiivinen rooli. Toisa alta ilman sen läsnäoloa liikkuminen olisi mahdotonta, toisa alta kitkan vuoksi syntyy v altavia energia- ja työmateriaalihäviöitä. Artikkelissa tarkastellaan fysiikan näkökulmasta, mitä kitka on, sekä kuinka löytää kitkakerroin.
Kitkailmiö
Kitka on kosketusilmiö, joka esiintyy eri kappaleiden välisellä kosketusalueella ja joka vastustaa niiden keskinäistä liikettä.
Kiinteiden aineiden liikemekaniikassa erotetaan kolme kitkatyyppiä:
- toimiminen levossa;
- toimivat samalla kun pintoja liukuvat toistensa yli;
- vierivien ruumiiden aiheuttama.
Lepokitka syntyy, kun kohdistamme ulkoisen tangentiaalisen voiman kehon pintaan sen liikuttamiseksi. Näyttävä esimerkki liukukitkasta on suksien liukuminen lumella. Lopuksi kitka rullauksen aikanailmenee, kun ajoneuvon pyörä vierii tiellä.
Kaava kitkavoiman määrittämiseksi
Fysiikassa luetellut kitkatyypit kuvataan samalla kaavalla vaikuttavia voimia laskettaessa. Tämä kaava näyttää tältä:
Ft=µN.
Kitkavoima Ft on yhtä suuri kuin kitkakertoimen µ ja tukireaktion N tulo. Kun tarkastellaan vastaavaa kitkatyyppiä, vain kertoimen µ arvo, joka on mitaton suure, muuttuu.
Staattisten ja liukuvien kitkavoimien tapauksessa µ:n arvo on noin yksikön kymmenesosia. µ riippuu kosketusmateriaaleista, niiden pinnan karheudesta, eikä se riipu kosketuspinta-alasta tai liukunopeudesta.
Virintäkitkakerroin µ (se on yleensä merkitty CR) riippuu vierintäkappaleen elastisuusominaisuuksista, sen kovuudesta, vierintäsäteestä ja muista tekijät. Useimmille materiaaleille tämä vierintäkerroin on yksikön sadas- ja tuhannesosissa.
Koska µ:n arvoon vaikuttavat monet tekijät, sen laskemiseen ei ole olemassa varmaa matemaattista kaavaa. Vastattaessa kysymykseen, kuinka kitkakerroin löydetään, on sanottava, että se mitataan kokeellisesti.
Kertoimen määrittäminen µ
Tässä kappaleessa tarkastelemme kahta tapaa µ:n arvon käytännön määrittämiseksi liuku- ja lepokitkan esimerkin avulla.
Ensimmäinen tapa vastata kysymykseen kitkakertoimen löytämisestä,tarkoittaa tangon asettamista vaakatasolle, johon on kiinnitetty dynamometri. Tanko ja kone on valmistettu tutkitusta materiaaliparista, esimerkiksi lasista ja puusta. Liukuvoiman Ft voit määrittää siirtämällä tankoa tasaisesti ja pitämällä kiinni dynamometristä. Kun tunnetaan tangon massa m, kerroin µ lasketaan seuraavasti:
µ=Ft / (mg).
Toinen menetelmä on kätevä staattisen kitkan µ määrittämiseen. Tätä varten sinun on asetettava palkki vaakatasolle. Sitten tason toista päätä tulee hitaasti nostaa ja kallistaa sitä tietyssä kulmassa horisonttiin nähden. Tietyssä kulmassa θ tanko alkaa liukua pois pinnasta. Mittaamalla tämä kulma kitkakerroin µ voidaan määrittää yhtälöstä:
µ=tg(θ).
Vierintäkitkan µ:n mittaamiseen liittyy kehittyneemmän asennuksen käyttäminen, jota kutsutaan k altevaksi heiluriksi. µ:n laskenta suoritetaan tässä tapauksessa tutkimalla liikedynamiikan yhtälöitä.
