SÚRLÓDÁS: TÍPUSOK, EGYÜTTHATÓ, SZÁMÍTÁS, GYAKORLATOK - FIZIKAI - 2025

A súrlódás a felülettel érintkező felület mozgásának ellenállása. Ez egy felszíni jelenség, amely szilárd, folyékony és gáznemű anyagok között fordul elő. A két érintkezésbe lévõ felülettel érintõ ellenállási erõt, amely ellentétes az említett felületek közötti relatív elmozdulás irányával, súrlódási erõnek vagy F _r súrlódási erõnek is nevezzük.

A szilárd test elmozdításához a felületen külső erőt kell alkalmazni, amely leküzdheti a súrlódást. Amikor a test mozog, a súrlódási erő hat a testre, lelassítja és akár meg is állíthatja.

Súrlódás

A súrlódási erőt grafikusan ábrázolhatja a felülettel érintkező test erődiagramja. Ebben a diagramban az F _r súrlódási erőt a felületre tangenciálisan a testre kifejtett erő összetevőjével szemben húzzuk.

Az érintkező felület a normál N erőnek nevezett reakcióerőt hat a testre. Egyes esetekben a normál erő csak a testnek a felületén nyugvó P tömegéből adódik, más esetekben a gravitációs erőtől eltérő erők hatására.

Súrlódás azért van, mert mikor vannak mikroszkopikus érdességek az érintkezésbe kerülő felületek között. Amikor az egyik felületet megpróbálják mozgatni a másik felett, súrlódás lép fel az érdességek között, amelyek megakadályozzák a szabad mozgást az interfészen. Az energiaveszteségek hő formájában fordulnak elő, amelyet nem használnak a test mozgatására.

A súrlódás típusai

A súrlódásnak két fő típusa van: coulomb súrlódás vagy száraz súrlódás és folyadék súrlódás.

-Kombír súrlódás

A coulomb súrlódása mindig ellenzi a testek mozgását, és kétféle súrlódásra osztható fel: statikus súrlódásra és kinetikus (vagy dinamikus) súrlódásra.

Statikus súrlódás esetén a test nem mozog a felületen. Az alkalmazott erő nagyon alacsony, és nem elegendő a súrlódási erő leküzdéséhez. A súrlódás maximális értéke arányos a normál erővel, és statikus súrlódási erőnek nevezzük F _re.

A statikus súrlódási erőt az a legnagyobb erő határozza meg, amely ellenáll a test mozgásának kezdetén. Amikor az alkalmazott erő meghaladja a statikus súrlódási erőt, akkor a maximális értékén marad.

A kinetikus súrlódás akkor működik, amikor a test már mozgásban van. A test súrlódással történő mozgatásához szükséges erőt F _rc kinetikus súrlódási erőnek nevezzük.

A kinetikus súrlódási erő kisebb vagy egyenlő a statikus súrlódási erővel, mert ha a test mozogni kezd, könnyebb tovább mozogni, mint megpróbálni megtenni nyugalomban.

Coulomb súrlódási törvényei

1. A súrlódási erő közvetlenül arányos az érintkezési felületre normális erővel. Az arányosság állandója μ súrlódási együttható, amely az érintkezõ felületek között létezik.
2. A súrlódási erő független a felületek közötti látható érintkezési terület méretétől.
3. A kinetikus súrlódási erő független a test csúszási sebességétől.

-Folyadék súrlódás

Súrlódás akkor is fellép, amikor a testek folyékony vagy gáznemű anyagokkal érintkezve mozognak. Az ilyen típusú súrlódást folyadék súrlódásnak nevezik, és a folyadékkal érintkezõ testek mozgásállóságának tekintik.

A folyadék súrlódása utal egy folyadék ellenálló képességére az azonos vagy eltérő anyagú folyadékrétegekkel érintkezve, és függ a folyadék sebességétől és viszkozitásától. A viszkozitás a folyadék mozgásállóságának mértéke.

-Súrlódást okoz

A Stokes-súrlódás egy olyan típusú súrlódás, amelyben a viszkózus folyadékba merített gömbös részecskék a lamináris áramlásban olyan súrlódási erőt tapasztalnak, amely a folyadék molekuláinak ingadozása miatt lelassítja azok mozgását.

Stokes súrlódás

Az áramlás lamináris, ha a folyadék mozgását ellentétes viszkózus erők nagyobbak, mint a tehetetlenségi erők, és a folyadék kellően kis sebességgel és egyenes vonalban mozog.

Súrlódási együtthatók

Coulomb első súrlódási törvénye szerint a μ súrlódási együtthatót a súrlódási erő és az érintkezési felületre normális erő közötti kapcsolatból kapjuk.

A μ együttható dimenzió nélküli mennyiség, mivel két erő közötti kapcsolat, amely az érintkezésbe kerülő anyagok jellegétől és kezelésétől függ. A súrlódási együttható értéke általában 0 és 1 között van.

Statikus súrlódási együttható

A statikus súrlódási együttható az arányosság állandója, amely fennáll az erő között, amely megakadályozza a test mozgását az érintkezési felületen pihenő állapotban, és a felületre normális erő között.

Kinetikus súrlódási együttható

A kinetikus súrlódási együttható az arányosság állandója, amely a felületen mozgó test mozgását korlátozó erő és a felületre normális erő között van.

A statikus súrlódási együttható nagyobb, mint a kinetikus súrlódási együttható.

Rugalmas súrlódási együttható

A rugalmas súrlódási együttható az elasztikus, lágy vagy durva anyagok érintkezési felületei közötti súrlódásból származik, amelyeket az alkalmazott erők deformálnak. A súrlódás ellenzi a két elasztikus felület közötti relatív mozgást, és az elmozdulást az anyag felületi rétegeinek rugalmas deformációja kíséri.

Az ilyen körülmények között kapott súrlódási együttható a felületi érdesség mértékétől, az érintkezésbe kerülő anyagok fizikai tulajdonságaitól és az anyag határfelületén a nyíróerő érintőképességének nagyságától függ.

Molekuláris súrlódási együttható

A súrlódás molekuláris együtthatóját az az erő határozza meg, amely korlátozza a sima felületen vagy a folyadékon átcsúszó részecske mozgását.

Hogyan számolják a súrlódást?

A szilárd felületek súrlódási erőit az F _r = μN egyenlettel kell kiszámítani

A súlyegyenlet helyettesítése a súrlódási erő egyenletben adja meg

A normál jellemzői

Amikor egy tárgy egy lapos felületen nyugszik, a normál erő a test által a felület által kifejtett erő, és ellenzi a gravitáció által kifejtett erőt, Newton cselekedetének és reakciójának megfelelően.

A normál erő mindig merőlegesen hat a felületre. Egy ferde felületen a normál érték csökken, amikor a sovány szög növekszik, és merőleges irányban mutat a felülettől, miközben a súly függőlegesen lefelé mutat. A lejtős felületen lévő normál erő egyenlete:

θ = az érintkező felület dőlésszöge.

Ferde sík súrlódás

A testet elcsúsztató erő alkotóeleme a következő:

Ahogy az alkalmazott erő növekszik, megközelíti a súrlódási erő maximális értékét, ez az érték megfelel a statikus súrlódási erőnek. Amikor F = F _re, a statikus súrlódási erő:

A statikus súrlódási együtthatót a of dőlésszög érintőjével kapjuk meg.

Megoldott gyakorlatok

-A vízszintes felületen nyugvó tárgy súrlódási ereje

A vízszintes felületre helyezett 15 kg-os dobozt egy személy tolja ki, aki 50 newton erővel hat fel egy felület mentén, hogy mozgásba lépjen, majd 25 N erőt alkalmaz, hogy a doboz állandó sebességgel mozogjon. Határozzuk meg a statikus és kinetikus súrlódási együtthatókat.

Doboz mozog a vízszintes felületen

Megoldás: A doboz mozgatására kifejtett erő értékével _{kapjuk a} μ _e statikus súrlódási együtthatót.

Az N normális felületre ható erő megegyezik a doboz tömegével, tehát N = mg

Ebben az esetben μ _e = 50Új / 147Új

A doboz sebességének állandó értéken tartására alkalmazott erő a kinetikus súrlódási erő, amely egyenlő 25New-vel.

A kinetikus súrlódási együtthatót μ _c = F _rc / N egyenlettel kapjuk

-Tárgy súrlódási ereje egy dőlésszögű erő hatására

Az ember erőt gyakorol egy 20 kg-os dobozra, 30 ° -os alkalmazási szöggel a felülethez viszonyítva, amelyben nyugszik. Mekkora a doboz mozgatására kifejtett erő nagysága, ha a doboz és a felület közötti súrlódási együttható 0,5?

Megoldás: A szabad test diagramja bemutatja az alkalmazott erőt, valamint annak függőleges és vízszintes elemeit.

Szabad test diagram

Az alkalmazott erő 30 ° -os szöget zár be a vízszintes felülettel. Az erő függőleges összetevője növeli a statikus súrlódási erőt befolyásoló normál erőt. A doboz mozog, amikor a vízszintes összetevője az alkalmazott erő meghaladja a maximális értéket a súrlódási erő F _re. Az erő vízszintes összetevőjének és a statikus súrlódásnak felel meg:

normál erősség

A normál erő már nem a test súlya az erő függőleges alkotóeleme miatt.

Newton második törvénye szerint a függőleges tengelyen a dobozra ható erők összege nulla, tehát a gyorsulás függőleges komponense _y = 0. A normál erőt az összegből kapjuk

Az egyenletnek az egyenletre történő helyettesítésével az alábbiakat kapjuk:

-Súrlódás mozgó járműben

Egy 1,5 tonnás jármű egyenes és vízszintes úton halad 70 km / h sebességgel. A sofőr bizonyos távolságra akadályokat lát az úton, amelyek erőszakos fékezésre késztetik őt. Fékezés után a jármű rövid ideig csúszik, amíg megáll. Ha a gumiabroncsok és az út közötti súrlódási együttható 0,7; határozza meg a következőket:

1. Mi az a súrlódás, amikor a jármű csúszik?
2. A jármű lassulása
3. A jármű által megtett távolság a fékezéstől a megállásig.

A jármű súrlódási ereje csúszáskor:

= 10290 Új

B szakasz

A súrlódási erő befolyásolja a jármű lelassulását, amikor az elcsúszik.

Newton második törvényének alkalmazásával a lassulás értékét az F = ma egyenlet megoldásával kapjuk meg

C szakasz

A jármű kezdeti sebessége v ₀ = 70Km / h = 19,44m / s

Amikor a jármű leáll, végső sebessége v _f = 0, és a lassulás a = - 6.86m / s ²

A jármű által megtett távolságot a fékezés és az ütközés közötti d távolságra úgy kapjuk meg, hogy d-re az alábbi egyenletet oldjuk meg:

A jármű megállás előtt 27,54m távolságot hajt meg.

1. A súrlódási együttható kiszámítása rugalmas érintkezési körülmények között. Mikhin, N, M. 2., 1968, Soviet Materials Science, 4. kötet, pp. 149-152.
2. Blau, P J. Súrlódástudomány és technológia. Florida, USA: CRC Press, 2009.
3. A tapadási és a súrlódási erők közötti kapcsolat. Israelachvili, J. N., Chen, You-Lung és Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, 8. kötet, pp. 1231-1249.
4. Zimba, J. Erő és mozgás. Baltimore, Maryland: A Johns Hopkins University Press, 2009.
5. Bhushan, B. A törzsi alapelvek és alkalmazások. New York: John Wiley és Sons, 1999.
6. Sharma, CS és Purohit, K. A mechanizmusok és gépek elmélete. Újdelhi: India Prentice Hall, 2006.