Wrywing is 'n fisiese verskynsel waarmee 'n persoon sukkel om dit in enige roterende en glyende dele van meganismes te verminder, waarsonder die beweging van enige van hierdie meganismes egter onmoontlik is. In hierdie artikel sal ons, vanuit die oogpunt van fisika, oorweeg wat die krag van rollende wrywing is.
Watter tipe wrywingskragte bestaan in die natuur?
Besin eerstens watter plek rolwrywing onder ander wrywingskragte inneem. Hierdie kragte ontstaan as gevolg van die kontak van twee verskillende liggame. Dit kan vaste, vloeibare of gasvormige liggame wees. Byvoorbeeld, die vlug van 'n vliegtuig in die troposfeer gaan gepaard met die teenwoordigheid van wrywing tussen sy liggaam en lugmolekules.
As ons uitsluitlik soliede liggame in ag neem, sonder ons die wrywingskragte van rus, gly en rol uit. Elkeen van ons het opgemerk: om 'n boks op die vloer te laat beweeg, is dit nodig om 'n bietjie krag langs die vloeroppervlak toe te pas. Die waarde van die krag wat die bokse uit rus sal bring, sal in absolute waarde gelyk wees aan die ruswrywingskrag. Laasgenoemde werk tussen die onderkant van die boks en die vloeroppervlak.
Hoesodra die boks sy beweging begin het, moet 'n konstante krag toegepas word om hierdie beweging uniform te hou. Hierdie feit hou verband met die feit dat tussen die kontak van die vloer en die boks die glywrywingskrag op laasgenoemde inwerk. As 'n reël is dit etlike tientalle persent minder as die statiese wrywing.
As jy ronde silinders van harde materiaal onder die boks sit, sal dit baie makliker word om dit te skuif. Die rollende wrywingskrag sal op die silinders inwerk wat in die proses van beweging onder die boks draai. Dit is gewoonlik baie kleiner as die vorige twee kragte. Daarom was die uitvinding van die wiel deur die mensdom 'n groot sprong in die rigting van vooruitgang, want mense kon baie groter vragte met min toegepaste krag verskuif.
Fisiese aard van rollende wrywing
Hoekom vind rolwrywing plaas? Hierdie vraag is nie maklik nie. Om dit te beantwoord, moet 'n mens in detail oorweeg wat tydens die rolproses met die wiel en die oppervlak gebeur. Eerstens is hulle nie heeltemal glad nie - nie die oppervlak van die wiel of die oppervlak waarop dit rol nie. Dit is egter nie die hoofoorsaak van wrywing nie. Die hoofrede is die vervorming van een of albei liggame.
Enige liggame, maak nie saak van watter soliede materiaal hulle gemaak is nie, is vervorm. Hoe groter die gewig van die liggaam, hoe groter is die druk wat dit op die oppervlak uitoefen, wat beteken dat dit homself by die kontakpunt vervorm en die oppervlak vervorm. Hierdie vervorming is in sommige gevalle so klein dat dit nie die elastiese limiet oorskry nie.
Btydens die rol van die wiel herstel die vervormde areas na die beëindiging van kontak met die oppervlak hul oorspronklike vorm. Nietemin word hierdie vervormings siklies herhaal met 'n nuwe omwenteling van die wiel. Enige sikliese vervorming, selfs al lê dit in die elastiese limiet, gaan gepaard met histerese. Met ander woorde, op mikroskopiese vlak is die vorm van die liggaam voor en na vervorming anders. Die histerese van vervormingsiklusse tydens die rol van die wiel lei tot die "verspreiding" van energie, wat in die praktyk manifesteer in die vorm van die verskyning van 'n rollende wrywingskrag.
Perfect Body Rolling
Onder die ideale liggaam bedoel ons in hierdie geval dat dit nie-vervormbaar is. In die geval van 'n ideale wiel is sy kontakarea met die oppervlak nul (dit raak die oppervlak langs die lyn).
Kom ons karakteriseer die kragte wat op 'n nie-vervormbare wiel inwerk. Eerstens is dit twee vertikale kragte: die liggaamsgewig P en die ondersteuningsreaksiekrag N. Beide kragte gaan deur die massamiddelpunt (wiel-as), daarom neem hulle nie deel aan die skep van wringkrag nie. Vir hulle kan jy skryf:
P=N
Tweedens, dit is twee horisontale kragte: 'n eksterne krag F wat die wiel vorentoe stoot (dit gaan deur die massamiddelpunt), en 'n rollende wrywingskrag fr. Laasgenoemde skep 'n wringkrag M. Vir hulle kan jy die volgende gelykhede skryf:
M=frr;
F=fr
Hier is r die radius van die wiel. Hierdie gelykhede bevat 'n baie belangrike gevolgtrekking. As die wrywingskrag fr oneindig klein is, dan is ditsal steeds 'n wringkrag skep wat die wiel sal laat beweeg. Aangesien die eksterne krag F gelyk is aan fr, sal enige oneindig klein waarde van F die wiel laat rol. Dit beteken dat as die rolliggaam ideaal is en nie vervorming tydens beweging ervaar nie, dit nie nodig is om oor enige rollende wrywingskrag te praat nie.
Alle bestaande liggame is werklik, dit wil sê, hulle ervaar vervorming.
Regte liggaam aan die rol
Oorweeg nou die situasie hierbo beskryf slegs vir die geval van werklike (vervormbare) liggame. Die area van kontak tussen die wiel en die oppervlak sal nie meer nul wees nie, dit sal 'n sekere eindige waarde hê.
Kom ons ontleed die kragte. Kom ons begin met die werking van vertikale kragte, dit wil sê die gewig en reaksie van die ondersteuning. Hulle is steeds gelyk aan mekaar, d.w.s.:
N=P
Die krag N werk egter nou vertikaal opwaarts, nie deur die wielas nie, maar word effens daarvan verskuif met 'n afstand d. As ons die area van kontak van die wiel met die oppervlak voorstel as die oppervlakte van 'n reghoek, dan sal die lengte van hierdie reghoek die dikte van die wiel wees, en die breedte sal gelyk wees aan 2d.
Kom ons gaan nou oor na die oorweging van horisontale kragte. Die eksterne krag F skep steeds nie 'n wringkrag nie en is gelyk aan die wrywingskrag fr in absolute waarde, dit is:
F=fr.
Die oomblik van kragte wat tot rotasie lei, sal wrywing fr skep en die reaksie van die ondersteuning N. Boonop sal hierdie momente in verskillende rigtings gerig word. Die ooreenstemmende uitdrukking istipe:
M=Nd - frr
In die geval van eenvormige beweging, sal die oomblik M gelyk aan nul wees, dus kry ons:
Nd - frr=0=>
fr=d/rN
Die laaste gelykheid, met inagneming van die formules hierbo geskryf, kan soos volg herskryf word:
F=d/rP
Om die waarheid te sê, ons het die hoofformule gekry om die rollende wrywingskrag te verstaan. Verder in die artikel sal ons dit ontleed.
Rolweerstandkoëffisiënt
Hierdie koëffisiënt is reeds hierbo ingestel. 'n Meetkundige verduideliking is ook gegee. Ons praat van die waarde van d. Natuurlik, hoe groter hierdie waarde, hoe groter skep die oomblik die reaksiekrag van die ondersteuning, wat die beweging van die wiel verhoed.
Die rolweerstandskoëffisiënt d, in teenstelling met die koëffisiënte van statiese en glywrywing, is 'n dimensionele waarde. Dit word gemeet in lengte-eenhede. In tabelle word dit gewoonlik in millimeter gegee. Byvoorbeeld, vir treinwiele wat op staalrelings rol, d=0,5 mm. Die waarde van d hang af van die hardheid van die twee materiale, die las op die wiel, die temperatuur en 'n paar ander faktore.
Rollende wrywingskoëffisiënt
Moenie dit met die vorige koëffisiënt d verwar nie. Die rollende wrywingskoëffisiënt word aangedui deur die simbool Cr en word met die volgende formule bereken:
Cr=d/r
Hierdie gelykheid beteken dat Cr dimensieloos is. Dit is sy wat in 'n aantal tabelle gegee word wat inligting bevat oor die oorweegde tipe wrywing. Hierdie koëffisiënt is gerieflik om te gebruik vir praktiese berekeninge,want dit behels nie om die radius van die wiel te ken nie.
Die waarde van Cr is in die meeste gevalle minder as die koëffisiënte van wrywing en rus. Byvoorbeeld, vir motorbande wat op asf alt beweeg, is die waarde van Cr binne 'n paar honderdstes (0.01 - 0.06). Dit neem egter aansienlik toe wanneer pap bande op gras en sand loop (≈0,4).
Analise van die resulterende formule vir die krag fr
Kom ons skryf weer die bogenoemde formule vir die rollende wrywingskrag:
F=d/rP=fr
Uit gelykheid volg dit dat hoe groter die deursnee van die wiel, hoe minder krag F toegepas moet word sodat dit kan begin beweeg. Nou skryf ons hierdie gelykheid deur die koëffisiënt Cr, ons het:
fr=CrP
Soos jy kan sien, is die wrywingskrag direk eweredig aan die gewig van die liggaam. Daarbenewens, met 'n beduidende toename in die gewig P, verander die koëffisiënt Cr self (dit neem toe as gevolg van die toename in d). In die meeste praktiese gevalle lê Cr binne 'n paar honderdstes. Op sy beurt lê die waarde van die glywrywingskoëffisiënt binne 'n paar tiendes. Aangesien die formules vir rol- en glywrywingskragte dieselfde is, blyk dit voordelig te wees uit 'n energie-oogpunt (die krag fr is 'n orde van grootte minder as die glykrag in mees praktiese situasies).
Rollende toestand
Baie van ons het die probleem ervaar dat motorwiele gly wanneer ons op ys of modder ry. Hoekom is ditgebeur? Die sleutel tot die beantwoording van hierdie vraag lê in die verhouding van die absolute waardes van die rol- en ruswrywingskragte. Kom ons skryf weer die rollende formule uit:
F ≧ CrP
Wanneer die krag F groter as of gelyk is aan die rollende wrywing, dan sal die wiel begin rol. As hierdie krag egter vroeër die waarde van statiese wrywing oorskry, sal die wiel vroeër gly as wat dit rol.
Dus, die glip-effek word bepaal deur die verhouding van die koëffisiënte van statiese wrywing en rollende wrywing.
Maniere om motorwielgly teë te werk
Die rollende wrywing van 'n motorwiel op 'n gladde oppervlak (byvoorbeeld op ys) word gekenmerk deur die koëffisiënt Cr=0.01-0.06. Waardes van dieselfde volgorde is tipies vir die koëffisiënt statiese wrywing.
Om die risiko van wielgly te vermy, word spesiale "winter"-bande gebruik, waarin metaalspykers vasgeskroef word. Laasgenoemde, wat in die ysoppervlak vasval, verhoog die koëffisiënt van statiese wrywing.
Nog 'n manier om statiese wrywing te verhoog, is om die oppervlak waarop die wiel beweeg, te verander. Byvoorbeeld, deur dit met sand of sout te besprinkel.
