Die wrywingskrag is 'n fisiese hoeveelheid wat enige beweging van die liggaam verhoed. Dit vind as 'n reël plaas wanneer liggame in vaste, vloeibare en gasvormige materiaal beweeg. Verskeie tipes wrywingskragte speel 'n belangrike rol in menselewe, aangesien dit 'n buitensporige toename in die spoed van liggame voorkom.
Klassifikasie van wrywingskragte
In die algemene geval word alle tipes wrywingskragte deur drie tipes beskryf: die wrywingskrag van gly, rol en rus. Die eerste is staties, die ander twee is dinamies. Wrywing in rus verhoed dat die liggaam begin beweeg, op sy beurt, wanneer dit gly, bestaan wrywing wanneer die liggaam teen die oppervlak van 'n ander liggaam vryf tydens sy beweging. Rolwrywing vind plaas wanneer 'n ronde voorwerp beweeg. Kom ons neem 'n voorbeeld. 'n Treffende voorbeeld van die tipe (rollende wrywingskrag) is die beweging van motorwiele op asf alt.
Die aard van wrywingskragte is die bestaan van mikroskopiese onvolmaakthede tussen die vryfoppervlakke van twee liggame. Om hierdie rede, die gevolglike krag wat inwerk op'n voorwerp wat beweeg of begin beweeg, bestaan uit die som van die krag van die normale reaksie van die ondersteuning N, wat loodreg op die oppervlak van die kontakliggame gerig is, en uit die wrywingskrag F. Laasgenoemde is parallel aan die kontakoppervlak en is teenoorgesteld van die beweging van die liggaam.
Wrywing tussen twee vaste stowwe
Wanneer die kwessie van verskillende tipes wrywingskragte oorweeg word, is die volgende patrone vir twee soliede liggame waargeneem:
- Die wrywingskrag word parallel aan die steunoppervlak gerig.
- Die wrywingskoëffisiënt hang af van die aard van die kontakoppervlaktes, asook van hul toestand.
- Maksimum wrywingskrag is in direkte verhouding tot die normale krag of ondersteuningsreaksie wat tussen die kontakoppervlaktes inwerk.
- Vir dieselfde liggame is die wrywingskrag groter voordat die liggaam begin beweeg en neem dan af wanneer die liggaam begin beweeg.
- Die wrywingskoëffisiënt hang nie af van die kontakarea nie, en dit hang feitlik nie af van die glyspoed nie.
wette
Om die eksperimentele materiaal oor die bewegingswette op te som, het ons die volgende basiese wette ten opsigte van wrywing vasgestel:
- Die weerstand teen gly tussen twee liggame is eweredig aan die normaalkrag wat tussen hulle inwerk.
- Weerstand teen beweging tussen vryfliggame hang nie af van die kontakarea tussen hulle nie.
Om die tweede wet te demonstreer, kan ons die volgende voorbeeld gee: as jy 'n blok neem en dit beweeg deur op die oppervlak te gly, dan is die nodige krag vir so 'n bewegingsal dieselfde wees wanneer die blok met sy lang kant op die oppervlak lê, en wanneer dit met sy einde staan.
Die wette aangaande verskeie tipes wrywingskragte in fisika is aan die einde van die 15de eeu deur Leonard da Vinci ontdek. Toe is hulle lank vergete, en eers in 1699 is hulle deur die Franse ingenieur Amonton herontdek. Sedertdien dra die wrywingswette sy naam.
Waarom is die wrywingskrag groter as dié van gly in rus?
Wanneer verskeie tipes wrywingskragte (rus en gly) oorweeg word, moet daarop gelet word dat die statiese wrywingskrag altyd minder as of gelyk is aan die produk van die statiese wrywingskoëffisiënt en die reaksiekrag van die ondersteuning. Die wrywingskoëffisiënt word eksperimenteel vir hierdie vryfmateriaal bepaal en in die toepaslike tabelle ingevoer.
Dynamiese krag word op dieselfde manier as statiese krag bereken. Slegs in hierdie geval word die wrywingskoëffisiënt spesifiek vir gly gebruik. Die wrywingskoëffisiënt word gewoonlik met die Griekse letter Μ (mu) aangedui. Dus, die algemene formule vir beide wrywingskragte is: Ftr=ΜN, waar N die ondersteuningsreaksiekrag is.
Die aard van die verskil tussen hierdie tipe wrywingskragte is nie presies vasgestel nie. Die meeste wetenskaplikes glo egter dat die statiese wrywingskrag groter is as dié vir gly, want wanneer die liggame vir 'n geruime tyd in rus relatief tot mekaar is, kan ioniese bindings of mikrofusies van individuele punte van die oppervlaktes tussen hul oppervlaktes vorm. Hierdie faktore veroorsaak 'n toename in statieseaanwyser.
'n Voorbeeld van verskeie tipes wrywingskrag en hul manifestasie is die suier in die silinder van 'n motorenjin, wat aan die silinder "gesoldeer" word as die enjin vir 'n lang tyd nie loop nie.
Horizontale glyliggaam
Kom ons kry die bewegingsvergelyking vir 'n liggaam wat, onder die werking van 'n eksterne krag Fin, langs die oppervlak begin beweeg deur te gly. In hierdie geval werk die volgende kragte op die liggaam in:
- Fv – eksterne krag;
- Ftr – wrywingskrag wat teenoorgesteld is in rigting van die krag Fv;
- N is die reaksiekrag van die steun, wat in absolute waarde gelyk is aan die gewig van die liggaam P en na die oppervlak gerig is, dit wil sê in 'n regte hoek daarmee.
Met inagneming van die rigtings van alle kragte, skryf ons Newton se tweede wet vir hierdie geval van beweging: Fv - Ftr=ma, waar m - liggaamsmassa, a - versnelling van beweging. Met die wete dat Ftr=ΜN, N=P=mg, waar g die vryvalversnelling is, kry ons: Fv – Μmg=ma. Vanwaar, met die versnelling waarmee die glyliggaam beweeg, kry ons: a=F in / m – Μg.
Beweging van 'n rigiede liggaam in 'n vloeistof
Wanneer 'n mens oorweeg watter tipe wrywingskragte bestaan, moet 'n mens 'n belangrike verskynsel in fisika noem, wat die beskrywing is van hoe 'n vaste liggaam in 'n vloeistof beweeg. In hierdie geval praat ons van aërodinamiese wrywing, wat bepaal word na gelang van die spoed van die liggaam in die vloeistof. Daar is twee tipes beweging:
- Wanneer'n rigiede liggaam beweeg teen 'n lae spoed, 'n mens praat van laminêre beweging. Die wrywingskrag in laminêre beweging is eweredig aan die snelheid. 'n Voorbeeld is Stokes se wet vir sferiese liggame.
- Wanneer die beweging van 'n liggaam in 'n vloeistof teen 'n hoër spoed as 'n sekere drempelwaarde plaasvind, dan begin draaikolke van vloeistofvloei rondom die liggaam verskyn. Hierdie draaikolke skep 'n bykomende krag wat beweging belemmer, en gevolglik is die wrywingskrag eweredig aan die kwadraat van die spoed.
Aard van die rollende wrywingskrag
Wanneer oor die tipes wrywingskragte gepraat word, is dit gebruiklik om die rollende wrywingskrag die derde tipe te noem. Dit manifesteer homself wanneer 'n liggaam oor 'n sekere oppervlak rol en vervorming van hierdie liggaam en die oppervlak self vind plaas. Dit wil sê, in die geval van 'n absoluut nie-vervormbare liggaam en oppervlak, is dit geen sin om oor die krag van rollende wrywing te praat nie. Kom ons kyk van naderby.
Die konsep van rollende wrywingskoëffisiënt is soortgelyk aan dié vir gly. Aangesien daar geen gly tussen die oppervlaktes van liggame tydens rol is nie, is die rolwrywingskoëffisiënt baie minder as vir gly.
Die hooffaktor wat die koëffisiënt beïnvloed, is die histerese van meganiese energie vir die tipe rollende wrywingskrag. In die besonder word die wiel, afhangende van die materiaal waaruit dit gemaak is, sowel as die vrag wat dit dra, elasties vervorm tydens beweging. Herhalende siklusse van elastiese vervorming lei tot die oordrag van 'n deel van die meganiese energie na termiese energie. Daarbenewens, as gevolg vanskade, die kontak van die wiel en die oppervlak het reeds 'n beperkte kontakarea.
rollende wrywingskragformule
As ons die uitdrukking toepas vir die moment van krag wat die wiel roteer, dan kan ons kry dat die rollende wrywingskrag Ftr.k.=Μ is k N / R, hier is N die reaksie van die ondersteuning, R is die radius van die wiel, Μк – rollende wrywingskoëffisiënt. Dus, die rollende wrywingskrag is omgekeerd eweredig aan die radius, wat die voordeel van groot wiele bo kleins verduidelik.
Die omgekeerde eweredigheid van hierdie krag tot die radius van die wiel dui daarop dat in die geval van twee wiele met verskillende radiusse wat dieselfde massa het en van dieselfde materiaal gemaak is, die wiel met die groter radius makliker is om beweeg.
Rolverhouding
In ooreenstemming met die formule vir hierdie tipe wrywingkrag, kry ons dat die koëffisiënt van rolwrywing Μk die dimensie van lengte het. Dit hang hoofsaaklik af van die aard van die kontakliggame. Die waarde, wat bepaal word deur die verhouding van die rolwrywingskoëffisiënt tot die radius, word die rolkoëffisiënt genoem, dit wil sê Ck=Μk / R is 'n dimensielose hoeveelheid.
Die rolkoëffisiënt Ck is aansienlik minder as die koëffisiënt van glywrywing Μtr. Daarom, wanneer ons die vraag beantwoord watter tipe wrywingskrag die kleinste is, kan ons gerus die rollende wrywingskrag noem. Danksy hierdie feit word die uitvinding van die wiel as 'n belangrike stap in tegnologiese vooruitgang beskou.mensdom.
Die rolverhouding is stelselspesifiek en hang af van die volgende faktore:
- hardheid van die wiel en oppervlak (hoe kleiner die vervorming van liggame wat tydens beweging plaasvind, hoe laer is die rolkoëffisiënt);
- wielradius;
- gewig wat op die wiel inwerk;
- kontakoppervlak en sy vorm;
- viskositeit in die area van kontak tussen die wiel en die oppervlak;
- liggaamstemperatuur
