Каэфіцыент трэння пры слізгаценні і качэння

У зямных умовах любыя рухаюцца цела (або хто прыходзіў у рух) датыкаюцца з рэчывам навакольнага асяроддзя альбо з іншымі целамі. Пры гэтым узнікаюць сілы, якія аказваюць супраціў іх руху. Сілы гэтыя называюцца сіламі трэння, яны пераводзяць частка механічнай энергіі руху ва ўнутраную энергію, што суправаджаецца награваннем тэл і навакольнага асяроддзя.

Трэнне бывае вонкавым і ўнутраным. Ўнутранае (інакш званае глейкасцю) заключаецца ва ўзнікненні датычнай сілы паміж перамяшчаюцца пластамі вадкасць або газу, якая замінае гэтаму перамяшчэнню.

У адрозненне ад яго, знешняе трэнне ўзнікае ў месцах кантакту цвёрдых тэл ў выглядзе сілы, датычнай да іх паверхні і якая абцяжарвае іх ўзаемнае перамяшчэнне. Яно, у сваю чаргу, падзяляецца на статычную (трэнне спакою) і кінематычныя. Статычнае трэнне выяўляецца пры спробе зрушыць адно нерухомае цела адносна іншага. Кінематычная існуе паміж якія рухаюцца целамі, датыкальнымі паміж сабой. Знешняе трэнне можна падзяліць на трэнне слізгацення і качэння.

У чым фізічны сэнс трэння? Карысна яно ці шкодна? На першы погляд, трэнне толькі замінае нам: зношваюцца дэталі механізмаў, шыны аўтамабіляў, сціраюцца падэшвы чаравік і т. Д. І стварэнне вечнага рухавіка немагчыма толькі па гэтай прычыне. Але прыгледзімся больш уважліва. Знікне трэнне - мы не зможам ні крочыць, ні гартаць кнігу, ні крануць з месца аўтамабіль, ні спыніць які рухаецца. Велізарны лік фізічных з'яў у свеце грунтуецца на трэнні. Два галоўных дасягненні чалавецтва, якія вызначылі развіццё цывілізацыі - здабыча агню і вынаходніцтва колы - былі б без яго немагчымыя.

Заснавана дадзеная з'ява на няроўнасці любых тэл: пры судотыку шчарбіны аднаго заўсёды чапляюцца за шурпатасці іншага. Для ідэальна гладкіх (напрыклад, старанна адшліфаваных) паверхняў, шчыльна прылеглых адзін да аднаго, дзейнічаюць законы малекулярнага трэння, заснаванага на ўзаемнай прыцягненні малекул.

Вывучае трэнне навука трыбалогіі. У 1781 году французскім фізікам Ш. Кулон былі сфармуляваны асноўныя законы сухога трэння. Дасведчаным шляхам навуковец усталяваў, што сіла трэння F, якая ўзнікае пры слізгаценні, прама прапарцыйная дзеючай на цела сіле N нармальнага ціску. Гэтая залежнасць выглядае наступным чынам:

N: F = k ∙ N;

дзе велічыня k - каэфіцыент трэння (каэфіцыент прапарцыйнасці). Яго велічыня была вылічаная так: цела змяшчалася на нахільную плоскасць і шляхам змены кута нахілу дасягалася яго раўнамерны рух. Пры гэтым сіла трэння F была роўная рухаючай сіле P:

F = P ∙ sin a;

Велічыня сілы N (сілы нармальнага ціску) роўная P ∙ cos a; такім чынам k = tg a. Каэфіцыент трэння адсюль з'яўляецца тангенсам кута нахілу паверхні, па якой цела слізгае раўнамерна, т. Е. З пастаяннай хуткасцю.

На практыцы яго значэнне можа быць вылічана толькі прыблізна. Паверхні тэл, як правіла, у той ці іншай ступені забруджаныя, маюць вокіслы, іржу і іншыя ўключэння. Каэфіцыент трэння, вызначаны парамі для спалучэнняў розных матэрыялаў шляхам эксперыментаў, уносіцца ў спецыяльныя даведачныя табліцы.

Пры качэння трэнне ўзнікае таму, што рухаецца кола злёгку ўціскаецца ў дарожную паверхню, т. Е. Вымушана пераадольваць невялікі грудок. Чым цвярдзей дарога, тым менш гэты грудок і менш сіла трэння. Яе велічыня разлічваецца ў дадзеным выпадку формулай: F = k ∙ N / r, у якой r - велічыня радыусу колы. Такім чынам, каэфіцыент трэння качэння валодае памерам працягласці. Звычайна яго выяўляюць у сантыметрах у адрозненне ад каэфіцыента трэння слізгання, які з'яўляецца беспамернай велічынёй.

Як згадвалася вышэй, каэфіцыент ўнутранага трэння існуе не толькі для цвёрдых тэл, але і для вадкасцяў. У гідраўліцы часта патрабуецца разлічыць страты удзельнай энергіі гідраўлічных сістэм, якія ўзнікаюць у трубаправодах. Яны бываюць двух відаў: страты па даўжыні, якія ўзнікаюць у прамых трубах пры раўнамерным плыні, і мясцовыя страты, прычына якіх - дэфармацыя патоку з-за змены формы канала (звужэнне, пашырэнне, павароты). Гідраўлічныя страты разлічваюць з дапамогай аналагічнай велічыні, якая называецца «каэфіцыент гідраўлічнага трэння».