1. Головна
    2. Фізика
    3. Як збільшити тертя: 11 кроків (з ілюстраціями)

Як збільшити тертя: 11 кроків (з ілюстраціями)

Ви ніколи не замислювалися, чому ваші руки стають теплими, коли ви трете їх один об одного, або чому тертям двох деревинок можна добути вогонь? Відповідь-тертя! Коли два тіла переміщаються відносно один одного, з'являється сила тертя, що перешкоджає такому переміщенню. Тертя може викликати вивільнення енергії у вигляді тепла, зігріваючи руки, висікаючи вогонь і так далі.[1] чим більше тертя, тим більше енергії вивільняється, тому, збільшивши тертя між рухомими частинами в механічній системі, Ви отримаєте чимало тепла!

Метод1 З 2:
Поверхні тертьових тіл

  1. Коли два тіла переміщуються відносно один одного, можуть виникнути наступні три процеси: нерівності на поверхні тіл заважають руху тіл відносно один одного; одна або обидві поверхні тіл можуть деформуватися в результаті такого переміщення; атоми кожної поверхні можуть взаємодіяти один з одним.[2] всі перераховані процеси беруть участь у виникненні тертя. Тому для збільшення тертя виберіть тіла з абразивною поверхнею (наприклад, наждачний папір), з деформованою поверхнею (наприклад, гумовою) або з поверхнею, що має адгезивні властивості (наприклад, липку).
    • Для отримання більшої інформації про вибір матеріалів для збільшення тертя подивіться підручники або онлайн ресурси. Для поширених матеріалів можна знайти їх коефіцієнти тертя (кількісна характеристика сили, необхідної для ковзання або руху одного матеріалу по поверхні іншого). Коефіцієнти тертя деяких матеріалів перераховані нижче (чим вище коефіцієнт, тим більше тертя):[3]
    • Алюміній по алюмінію: 0,34
    • Дерево по дереву: 0,129
    • Сухий бетон по гумі: 0,6-0,85
    • Вологий бетон на гумі: 0,45-0,75
    • Лід по льоду: 0,01
  2. Сильніше притисніть тіла один до одного, щоб збільшити тертя, так як сила тертя пропорційна силі, що діє на тіло, що треться (силі, спрямованої перпендикулярно напрямку переміщення тіл відносно один одного).[4]
    • Згадайте дискові гальма в автомобілі. Чим сильніше ви тиснете на педаль гальма, тим сильніше гальмівні колодки притискаються до обода колеса, тим сильніше стає тертя і тим швидше автомобіль зупиняється. Але чим сильніше тертя, тим більше вивільняється тепла, тому при різкому гальмуванні гальмівні колодки сильно нагріваються.[5]
  3. Якщо одне тіло знаходиться в русі, зупиніть його.До цих пір ми розглядали тертя ковзання, що виникає при переміщенні тіл відносно один одного. Тертя ковзання набагато менше тертя спокою, тобто сили, яку необхідно подолати для того, щоб привести два контактують тіла в рух. Тому важче зрушити з місця важкий предмет, ніж керувати ним, коли він вже рухається.[6]
    • Проведіть простий експеримент, щоб зрозуміти різницю між тертям ковзання і тертям спокою. Поставте стілець на гладку підлогу (не на килим). Переконайтеся, що на ніжках стільця немає гумових або інших накладок, що перешкоджають його ковзанню. Штовхніть стілець, щоб пересунути його. Ви помітите, що як тільки стілець прийшов в рух, вам стало легше штовхати його, тому що тертя ковзання між стільцем і підлогою менше тертя спокою.
  4. Позбавтеся від мастила між двома поверхнями, щоб збільшити тертя. мастильні матеріали (масла, вазелін і так далі) значно зменшують силу тертя між тілами, що труться, тому що коефіцієнт тертя між твердими тілами значно вище коефіцієнта тертя між твердим тілом і рідиною.
    • Проведіть простий експеримент. Потріть сухі руки один об одного, і ви помітите, що їх температура підвищилася (вони зігрілися). Тепер намочіть руки і потріть їх ще раз. Тепер вам не тільки легше терти руки один об одного, але і нагріваються вони менше (або повільніше).
  5. Позбавтеся від підшипників, коліс та інших рухомих тіл, щоб позбутися тертя кочення та отримати тертя ковзання, що набагато більше першого (тому рухати одне тіло відносно іншого простіше, ніж штовхати/тягнути його).[7]
    • Наприклад, уявіть, що ви поклали тіла однакової маси в сани і на колісний візок. Візок з колесами набагато легше пересувати (тертя кочення), ніж сани (тертя ковзання).
  6. Збільшити в'язкість рідини, щоб збільшити силу тертя.тертя має місце не тільки при переміщенні твердих тіл, але і в рідинах і газах (вода і повітря, відповідно). Тертя між рідиною і твердим тілом залежить від декількох факторів, наприклад, в'язкості рідини – чим більше в'язкість рідини, тим більше сила тертя.
    • Наприклад, уявіть, що ви п'єте воду і мед через соломинку. Вода, що має малу в'язкість, легко пройде крізь соломинку, а ось мед, у якого велика в'язкість, пройде крізь соломинку з працею (так як мед сильніше треться об стінки соломинки).[8]

Метод2 З 2:
Лобовий опір

  1. Збільште площу поверхні тіла.як зазначалося вище, при русі твердих тіл в рідинах і газах також виникає сила тертя. Сила, що перешкоджає руху тіл в рідинах і газах, називається лобовим опором (іноді його називають опором повітря або опором води). Лобове опір більше при збільшенні площі поверхні тіла, яка спрямована перпендикулярно напрямку руху тіла крізь рідину або газ.
    • Наприклад, візьміть дробинку масою 1 г і аркуш паперу тієї ж маси і одночасно відпустіть їх. Дробинка відразу ж впаде на підлогу, а аркуш паперу буде повільно опускатися вниз. Тут якраз видно принцип лобового опору-площа поверхні паперу набагато більше, ніж у дробинки, тому опір повітря більше і папір падає на підлогу повільніше.
  2. Використовуйте форму тіла з великим коефіцієнтом лобового опору.за площею поверхні тіла, спрямованої перпендикулярно руху, можна судити про лобовому опорі тільки в загальних рисах. Тіла різної форми взаємодіють з рідинами і газами по-різному (при русі тіл крізь газ або рідину). Наприклад, кругла плоска пластина має більший лобовий опір, ніж кругла куляста пластина.[9] Величина, що характеризує лобовий опір тіл різної форми, називається коефіцієнтом лобового опору.
    • Для прикладу розглянемо крило літака. Форма крила літака називається аеродинамічним профілем. Це гладка, вузька і округла форма з малим коефіцієнтом лобового опору (близько 0,45). З іншого боку, уявіть собі, що крило літака має форму квадратної прямокутної призми. У таких крил лобове опір було б величезним (це правда, так як коефіцієнт лобового опору квадратної прямокутної призми дорівнює 1,14).[10]
  3. Використовуйте тіла менш обтічної форми.як правило, великі тіла кубічної форми мають високий лобовий опір. Такі тіла мають прямокутні кути і не звужуються до кінця. З іншого боку, тіла обтічної форми мають закруглені краї і зазвичай звужуються до кінця.
    • Наприклад, Порівняйте сучасний автомобіль і автомобіль, вироблений кілька десятиліть тому. Старі автомобілі мали квадратні обриси, а в образі сучасних автомобілів безліч плавних кривих. Тому сучасні автомобілі мають менший лобовий опір і для них потрібен двигун меншої потужності (що тягне економію палива).[11]
  4. Використовуйте тіла без наскрізних отворів.будь-який наскрізний отвір в тілі зменшує лобовий опір, так як дозволяє повітрю або воді текти крізь такий отвір (завдяки отворам зменшується площа поверхні тіла, перпендикулярна руху). Чим більше наскрізні отвори, тим менше лобове опір. Ось чому парашути, призначені для створення великого лобового опору (щоб уповільнити швидкість падіння), зроблені з міцного, легкого шовку або нейлону, а не з марлі.
    • Наприклад, ви зможете збільшити швидкість руху ракетки для пінг-понгу, якщо просвердлите в ній кілька отворів (щоб зменшити площу поверхні ракетки і відповідно зменшити лобовий опір).
  5. Збільште швидкість тіла, щоб підвищити лобовий опір (це вірно для тіл будь-якої форми і зроблених з будь-якого матеріалу).чим вище швидкість об'єкта, тим крізь більший обсяг рідини або газу воно повинно пройти і тим більше лобовий опір. Тіла, що рухаються на дуже високих швидкостях, відчувають величезний лобовий опір, тому вони повинні бути обтічними; в іншому випадку сила опору зруйнує їх.
    • Наприклад, розглянемо Lockheed SR-71-експериментальний літак-розвідник, побудований за часів Холодної війни. Цей літак міг літати з високою швидкістю м = 3,2 і, незважаючи на його обтічну форму, відчував величезний лобовий опір (таке велике, що метал, з якого був зроблений фюзеляж літака, розширювався при нагріванні, що виникає при терті).

Поради

  • Не забувайте, що при терті вивільняється багато енергії у вигляді тепла. Наприклад, не торкайтеся гальмівних колодок автомобіля безпосередньо після гальмування!
  • Майте на увазі, що високі сили опору можуть призвести до руйнування тіла, що рухається в рідині. Наприклад, якщо під час прогулянки на катері ви покладете в воду шматок фанери (так, щоб її поверхня була спрямована перпендикулярно руху катера), то, швидше за все, фанера зламається.

Джерела

  1. ↑ Http://www.livescience.com/37161-what-is-friction.html
  2. ↑ Http://www.school-for-champions.com/science/friction_causes.htm#.VBx4gRbHRL0
  3. ↑ Http://blog.mechguru.com/machine-design/typical-coefficient-of-friction-values-for-common-materials/
  4. ↑ Http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/frict3.html
  5. ↑ Http://www.comsol.com/model/heat-generation-in-a-disc-brake-102
  6. ↑ Http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/frict2.html
  7. ↑ Http://www.phy.davidson.edu/fachome/dmb/PY430/Friction/rolling.html
  8. ↑ Http://physics.stackexchange.com/questions/40824/is-water-considered-a-substance-with-low-friction-or-high-friction
  9. ↑ Http://exploration.grc.nasa.gov/education/rocket/shaped.html
  1. ↑ Http://exploration.grc.nasa.gov/education/rocket/shaped.html
  2. ↑ Http://auto.howstuffworks.com/fuel-efficiency/fuel-economy/aerodynamics2.htm

Ще почитати: