Как можно уменьшить силу трения. Как увеличить трение

трение закон скольжение качение

В технике для уменьшения влияния сил сухого трения между поверхностями вводят смазку (вязкую жидкость, создающую тонкий слой между твёрдыми поверхностями).

Влияние смазки заключается в том, что между трущимися поверхностями вводится слой вязкой жидкости, которая заполняет все неровности поверхностей и, прилипая к ним, образует два трущихся слоя жидкости (рис. 15)

Рис. 15.

Поэтому вместо трения двух твердых поверхностей при смазке возникает внутреннее трение жидкости, которое значительно меньше внешнего трения двух твердых поверхностей. Применение смазочных масел уменьшает трение в 8-10 раз. Типичный пример значения смазки представляет бег конькобежца на коньках. В результате действия силы со стороны конькобежца на нож конька снег тает и под коньком появляется вода, которая вновь замерзает, после того как пробежал конькобежец и исчезло давление. Однако в механизмах вода для смазки не годится, поскольку вследствие малой вязкости она выдавливалась бы из зазора неровностей между трущимися поверхностями.

Во всех машинах есть одна общая черта: в любой из них что-нибудь обязательно вращается. И везде есть неразлучная пара - ось и её подпорка - подшипник

Поскольку силы трения качения значительно меньше сил трения скольжения, то в машинах и механизмах в большинстве случаев подшипники скольжения заменяют подшипниками качения (рис. 16).

Рис. 16.

Подшипник состоит из двух колец. Одно из них - внутреннее - плотно насажено на ось и вращается вместе с ней. Другое - наружное кольцо - неподвижно зажато между основанием и крышкой подшипника.

Эти кольца - обоймы имеют на обращенных друг к другу поверхностях выточенные канавки. Между обойм находятся стальные шарики. При кручении подшипника шарики катятся по канавкам в обоймах.

Чем лучше отполированы поверхности дорожек и шариков, тем меньше трение. Чтобы шарики не сбегались в одну кучу, их разделяет сепаратор. Сепараторы обычно делаются пластиковые, стальные или бронзовые.

При вращении в таком подшипнике появляется трение качения. Потери на трение в шариковом подшипнике раз в 20-30 меньше, чем в подшипнике скольжения! Подшипники качения делают не только с шариками, но и с роликами разной формы. Без подшипников качения современная промышленность и транспорт были бы невозможны.

В настоящее время широко применяется такой способ уменьшения трения при движении транспортных средств, как воздушная подушка.

Воздушная подушка (рис. 17) -- это слой сжатого воздуха под транспортным средством, который приподнимает его над поверхностью воды или земли. Слой сжатого воздуха создаётся вентиляторами. Отсутствие трения о поверхность позволяет снизить сопротивление движению. От высоты подъёма зависит способность такого судна двигаться над различными препятствиями на суше или над волнами на воде.

Рис. 17

Схема работы судна с воздушной подушкой: 1 -- маршевые винты; 2 -- поток воздуха; 3 -- вентилятор; 4 -- гибкая перепонка (юбка).

Первым идею подобной машины на воздушной подушке высказал К.Э. Циолковский в 1927 году, в работе «Сопротивление воздуха и скорый поезд». Это бесколесный экспресс, который мчится над бетонной дорогой, опираясь на воздушную подушку - слой сжатого воздуха.

Любое движение тел, так или иначе, сопровождается трением. При любом механическом движении происходит соприкосновение тел между собой. Это явление происходит также в жидкой или газообразной среде. При этом, возникает вопрос, что такое сила трения? Она возникает при любой степени взаимодействия тел между собой и направлена в сторону, противоположную движению. На само движение эта сила оказывает непосредственное влияние.

Виды силы трения

Сила трения существует в нескольких видах. В первую очередь, это сухое трение, которое разделяется, как качения и скольжения. Оно образуется, когда твердые тела, движущиеся относительно друг друга соприкасаются между собой.

Если твердые тела движутся через жидкую или газообразную среду, то появляется вязкое или жидкое трение. То же самое явление происходит, когда твердые тела неподвижны, а жидкости или газы текут мимо них. В том случае, когда при попытке сдвинуть неподвижное тело, к нему прикладывается определенная сила, возникает трение покоя.

Основная причина, в результате которой появляется сила трения, заключается в неровностях поверхностей, соприкасающихся между собой. Кроме того, на величину в значительной степени влияет взаимное притяжение молекул, возникающее между телами.

Как уменьшить силу трения

Для того, чтобы уменьшить силу трения, соприкасающиеся поверхности могут быть отшлифованы. Кроме того, трущиеся места смазываются, а трение скольжения заменяется более эффективным трением качения.

Выступающие места на одной из поверхностей никогда не совпадают с такими же выступами на другой. Однако, при совершении сжатия, эти выступы деформируются, что приводит к увеличению площади контакта в пропорции с приложенной нагрузкой. Именно эти места неровностей, сопротивляющиеся сдвигу, служат причиной возникновения силы трения. При этом, не следует забывать, что даже на идеально гладких поверхностях, сила трения появится за счет молекулярного притяжения.

Кроме того, необходимо знать, что это величина, которую можно измерить специальным прибором - динамометром. Если тело движется равномерно, то в этом случае сила тяги, отраженная на динамометре, равна силе трения.

Единицей измерения силы трения как и любой другой силы, является один ньютон.

Нередко возникает вопрос, что более эффективно - трение качения или скольжения. Здесь все зависит от конкретных условий. Например, для нормального качения колес, поверхность должна быть твердой, гладкой и не скользкой. И, наоборот, по скользкой поверхности лучше всего скользить. Именно правильный выбор способен дать максимальный эффект.

Когда движущееся тело касается другого тела (например, монета, скользящая по столу), его движение замедляется.

Сила, вызывающая замедление, называется силой трения. Чем более шероховаты поверхности и чем сильнее они давят друг на друга, тем сильнее трение. Трение присуще и твердым телам, и жидкостям, и газам.

Как используют трение

В одних ситуациях трение полезно, в других вредно. Если бы между телам не было трения, мы ничего не смогли бы взять и руки. Подошвы кроссовок делают из рифленой резины, чтобы увеличить их трение о землю. Трение используется во многих механизмах. Если бы трение шины о поверхность дороги было небольшим, водитель не смог бы затормозить. желобки на поверхности шины для улучшения сцепления и отвода грязи и воды. На поверхность шины наноситься своего рода «узор». Он улучшает сцепление резины с дорогой. Влага и грязь уменьшают трение, т.к. они служат смазкой. Желобки на поверхности шины служат для отвода воды и грязи. Некоторые механизмы вообще не могли бы действовать без трения. Трение спички о коробок даёт столько тепла, что горючие вещества в серной головке вспыхивают. Большинство тормозов останавливают вращение колес при помощи трения.

Уменьшение трения

Если части механизма сильно трутся друг о друга, то они изнашиваются и ломаются. К тому же часть необходимой механизму энергии тратиться не на движение, а на выделение тепла. трение ладоней друг о друга. При трении ладоней друг о друга вы получаете теплоту. Если вы будете достаточно долго тереть ладони, то на них появятся волдыри. Идеально гладкой поверхности не бывает. Слегка шероховаты даже стекло и отшлифованный металл. Под микроскопом гладкие поверхности выглядят изрытыми. Поверхность масла глаже, чем поверхность любого твёрдого тела, поэтому тела легче скользят по смазанной им поверхности.
Жидкость, используемая для уменьшения трения, называется смазкой. Слой масла между движущимися металлическими поверхностями уменьшает трение.
Подшипники – это расположенные внутри движущихся частей машины шарики. Они также уменьшают трение, превращая процесс скольжения в качение. Шарикоподшипники находятся у осей колеса. Когда колесу крутиться, они перекатываются.

Убедись сам!

Чтобы понять, как работают подшипники, возьми тяжелую книгу и положите её на пол. Толкни её. Трение велико, верно?

Теперь положи книгу на несколько шариков. Толкни снова. Шарики покаяться, уменьшая тем самым трение.

Трение в воде и воздухе

Сопротивление воздуха летящему объекту – это и есть трение. В космосе, где нет воздуха, нет и трения. Чтобы уменьшить сопротивление воздуха, автомобилям придают обтекаемую форму. Тогда воздух легче скользит по поверхности. Из-за этого повышается скорость и расходуется меньше топлива. На испытаниях автомобилей используют струи дыма и кусочки шерстяных нитей.

Вода плотнее воздуха, поэтому сопротивление движению тел в воде значительно больше. Чем более обтекаемую форму имеет судно, тем большую скорость оно способно развить. У рыб и морских млекопитающих (китов и т.д.), как правило, обтекаемое тело. Это позволяет им без труда передвигаться под водой. Вода легко скользит вдоль обтекаемого тела кита.

Трение играет важную роль в повседневной жизни. Эту силу приходится учитывать при проектировании самых различных технических систем, принцип действия которых основан на непосредственном соприкосновении движущихся частей. Не всегда трение является вредным фактором, но все же в большинстве случаев разработчики стараются самыми разнообразными способами уменьшить .

Инструкция

В самом простом случае постарайтесь изменить степень шероховатости поверхностей соприкасающихся объектов. Этого можно добиться путем шлифовки. Тела, взаимодействующие поверхности которых являются гладкими, доведенными до глянца, будут двигаться друг относительно друга значительно легче.

По возможности замените одну из соприкасающихся поверхностей на ту, которая имеет более низкий коэффициент трения. Это может быть искусственное покрытие- так, тефлон имеет один из самых низких коэффициентов трения, равный 0,02. Изменить проще тот элемент системы, который играет роль инструмента.

Используйте смазочные материалы, введя их между трущимися поверхностями. Этот способ применяется, например, в лыжном спорте, когда на рабочую поверхность лыж наносится специальная парафиновая смазка, соответствующая температуре снега. Смазки, применяемые в других технических системах, могут быть жидкими (масло) или сухими (графитовый порошок).

Рассмотрите возможность применения «газообразной смазки». Речь идет о так называемой «воздушной подушке». Уменьшение силы трения происходит в этом случае за счет создания потока воздуха между соприкасавшимися ранее поверхностями. Метод используется при проектировании вездеходов, предназначенных для преодоления труднопроходимых местностей.

Если в рассматриваемой системе используется трение скольжения, замените его на трение качения. Проделайте простой эксперимент. Поставьте на ровную поверхность стола обычный стакан и рукой попытайтесь его сдвинуть. Теперь положите стакан на бок и сделайте то же самое. Во втором случае сдвинуть предмет с места будет значительно легче, поскольку вид трения изменился.

Используйте подшипники в узлах, где происходит трение. Эти элементы позволяют преобразовать вид движения, тем самым существенно снизить потери на трение, уменьшив его силу. Этот способ наиболее широко применяется в технике.

На первый взгляд, излишняя сила трения вредна. Она уменьшает КПД механизмов, изнашивает детали. Но есть случаи, когда силу трения необходимо увеличить. Например, при качении колес необходимо улучшить их сцепление с дорогой. Посмотрите, каким образом это можно сделать.

Инструкция

Чтобы понять, как увеличить силу трения, вспомните, от чего она зависит. Рассмотрите формулу: Fтр=мN, где м – коэффициент трения, N – сила реакции опоры, Н. Сила реакции опоры, в свою очередь, зависит от массы: N=G=mg, где G - вес тела, Н- m – масса тела, кг- g – ускорение свободного падения, м/с2.

Из формулы можно сделать вывод, что сила трения зависит от коэффициента трения. Коэффициент трения определяется для каждой пары взаимодействующих материалов и зависит от природы материала и качества поверхности.

Таким образом, первый способ увеличить трение – изменить материал скользящей поверхности. Наверное, вы замечали, что в одной обуви практически невозможно передвигаться по влажному кафельному полу, а в другой вы не ощущаете каких-либо неудобств. Это объясняется тем, что подошвы ботинок сделаны из различных материалов. Скользкая обувь имеет низкий коэффициент трения скольжения подошвы относительно влажного кафеля.

Второй способ – увеличить шероховатость поверхности. Пример - зимние шины для автомобиля имеют более рельефный протектор, чем летние. За счет этого на скользкой зимней дороге автомобиль может уверенно двигаться.

Третий способ – увеличение массы. Как видно из формулы, сила трения напрямую зависит от массы. Это объясняет, почему груженому автомобилю в отдельных случаях легче выбраться из грязи, чем тому, что налегке. Это правило работает при определенном качестве грунта – в вязкую, болотистую почву тяжелая машина просядет больше, чем легкая.

Четвертый способ – удаление смазки. Представьте транспортер технологической линии, состоящий из вращающихся валиков, на которые натянута лента. Валики транспортера начинают проскальзывать по ленте, если они загрязнены. В этом случае грязь действует как смазка. Очистив детали механизма, вы увеличите силу трения и повысите КПД оборудования.

Пятый способ – полировка. Отполировав поверхность, вы можете увеличить силу трения. Это объясняется тем, что при соприкосновении отполированных поверхностей включаются силы межмолекулярного притяжения. Например, очень трудно раздвинуть два листа стекла, сложенных вместе.

Движение по скользкой поверхности Ходить по льду нелегко, т.к. трение, возникающее между поверхностью льда и подошвой обуви, мало. Ходить по льду нелегко, т.к. трение, возникающее между поверхностью льда и подошвой обуви, мало. Как можно облегчить хождение по скользкой поверхности? Как можно облегчить хождение по скользкой поверхности?

Опорный конспект ПОЛЬЗА ВРЕД ПОЛЬЗА ВРЕД 1. F тр. пок. – «движущая сила» 1. Препятствует движению 2. «тормозящая сила» 2. Изнашивает поверхность УВЕЛИЧИТЬ УМЕНЬШИТЬ УВЕЛИЧИТЬ УМЕНЬШИТЬ а) шероховатость («песок») а) смазка б) «нагрузить» б) подшипники F тр. кач.

Уменьшение силы трения Во-первых, мы знаем, трение бывает не всегда твердым, хотя именно от него в тысячах ситуаций стремятся избавиться. Например, смазывают детали механизмов и машин, чтобы уменьшить их износ и не терять впустую энергию, уходящую на бесполезный нагрев.

Уменьшение силы трения Подшипники Внутреннее кольцо подшипника насаживают на вал, который при вращении не скользит, а катится на шариках или роликах. Внутреннее кольцо подшипника насаживают на вал, который при вращении не скользит, а катится на шариках или роликах.

Воздушная подушка Суда на воздушной подушке - это аппараты, поддерживающие себя над опорной (земной или водной) поверхностью с помощью воздушной подушки, создаваемой судовыми вентиляторами. В отличие от обычных судов и колесного транспорта суда на воздушной подушке (СВП) не имеют физического контакта с поверхностью, над которой движутся