Die Reibungskraft unter irdischen Bedingungen begleitet jede Bewegung von Körpern. Sie tritt auf, wenn sich zwei Körper berühren, wenn sich diese Körper relativ zueinander bewegen. Die Reibungskraft ist immer entlang der Kontaktfläche gerichtet, im Gegensatz zur Federkraft, die senkrecht gerichtet ist (Abb. 1, Abb. 2).
Reis. 1. Die Differenz zwischen den Richtungen der Reibungskraft und der elastischen Kraft
Reis. 2. Die Fläche wirkt auf die Stange, und die Stange wirkt auf die Fläche
Es gibt trockene und nicht trockene Reibungsarten. Trockene Reibung tritt auf, wenn Feststoffe in Kontakt kommen.
Stellen Sie sich einen Balken vor, der auf einer horizontalen Fläche liegt (Abb. 3). Sie wird durch die Schwerkraft und die Reaktionskraft des Trägers beeinflusst. Lassen Sie uns mit einer kleinen Kraft auf die Stange einwirken , entlang der Oberfläche geleitet. Wenn sich der Stab nicht bewegt, wird die aufgebrachte Kraft durch eine andere Kraft ausgeglichen, die als Haftreibungskraft bezeichnet wird.
Reis. 3. Haftreibungskraft
Die Haftreibungskraft () in entgegengesetzter Richtung und gleich groß wie die Kraft, die dazu neigt, den Körper parallel zur Kontaktfläche mit einem anderen Körper zu bewegen.
Bei einer Erhöhung der „Scherkraft“ bleibt der Stab in Ruhe, daher steigt auch die Haftreibungskraft. Mit einer ausreichend großen Kraft beginnt sich die Stange zu bewegen. Das bedeutet, dass die Haftreibungskraft nicht unendlich ansteigen kann – es gibt eine obere Grenze, über die sie nicht hinausgehen kann. Der Wert dieser Grenze ist die maximale Haftreibungskraft.
Lassen Sie uns mit einem Dynamometer auf die Stange einwirken.
Reis. 4. Messen der Reibungskraft mit einem Dynamometer
Wirkt der Dynamometer mit einer Kraft auf ihn ein, so zeigt sich, dass die maximale Haftreibungskraft mit zunehmender Masse des Stabes, also mit zunehmender Gewichtskraft und Reaktionskraft des Stabes, größer wird Unterstützung. Wenn genaue Messungen durchgeführt werden, zeigen sie, dass die maximale Haftreibungskraft direkt proportional zur Reaktionskraft des Trägers ist:
wo ist der Modul der maximalen Haftreibungskraft; N– Stützreaktionskraft (Normaldruck); - Haftreibungskoeffizient (Proportionalität). Daher ist die maximale Haftreibungskraft direkt proportional zur Kraft des Normaldrucks.
Wenn wir ein Experiment mit einem Dynamometer und einer Stange mit konstanter Masse durchführen, während wir die Stange auf verschiedene Seiten drehen (Veränderung der Kontaktfläche mit dem Tisch), können wir sehen, dass sich die maximale Haftreibungskraft nicht ändert ( Abb. 5). Daher hängt die maximale Haftreibungskraft nicht von der Kontaktfläche ab.
Reis. 5. Der Maximalwert der Haftreibungskraft hängt nicht von der Kontaktfläche ab
Genauere Studien zeigen, dass die Haftreibung vollständig von der auf den Körper ausgeübten Kraft und der Formel bestimmt wird.
Die Haftreibungskraft hindert den Körper nicht immer daran, sich zu bewegen. Beispielsweise wirkt die Haftreibungskraft auf die Sohle des Schuhs, vermittelt Beschleunigung und lässt Sie auf dem Boden gehen, ohne zu rutschen (Abb. 6).
Reis. 6. Auf die Schuhsohle wirkende Haftreibungskraft
Ein weiteres Beispiel: Die auf das Rad eines Autos wirkende Haftreibungskraft ermöglicht ein rutschfreies Anfahren (Abb. 7).
Reis. 7. Die auf das Autorad wirkende Haftreibungskraft
Bei Riementrieben wirkt zusätzlich die Haftreibungskraft (Abb. 8).
Reis. 8. Haftreibungskraft in Riementrieben
Wenn sich der Körper bewegt, verschwindet die von der Seite der Oberfläche auf ihn wirkende Reibungskraft nicht, diese Art von Reibung wird genannt Gleitreibung. Messungen zeigen, dass die Gleitreibungskraft praktisch gleich groß ist wie die maximale Haftreibungskraft (Abb. 9).
Reis. 9. Gleitreibungskraft
Die Kraft der Gleitreibung richtet sich immer gegen die Geschwindigkeit des Körpers, d.h. sie verhindert eine Bewegung. Wenn sich der Körper daher nur unter der Wirkung der Reibungskraft bewegt, verleiht sie ihm eine negative Beschleunigung, das heißt, die Geschwindigkeit des Körpers nimmt ständig ab.
Die Größe der Gleitreibungskraft ist auch proportional zur Normaldruckkraft.
wo ist der Modul der Gleitreibungskraft; N– Stützreaktionskraft (Normaldruck); – Gleitreibungskoeffizient (Proportionalität).
Abbildung 10 zeigt ein Diagramm der Abhängigkeit der Reibungskraft von der aufgebrachten Kraft. Es zeigt zwei unterschiedliche Bereiche. Der erste Abschnitt, in dem die Reibungskraft mit zunehmender aufgebrachter Kraft zunimmt, entspricht der Haftreibung. Der zweite Abschnitt, in dem die Reibungskraft nicht von der äußeren Kraft abhängt, entspricht der Gleitreibung.
Reis. 10. Diagramm der Abhängigkeit der Reibungskraft von der aufgebrachten Kraft
Der Gleitreibungskoeffizient ist ungefähr gleich dem Haftreibungskoeffizienten. Typischerweise ist der Gleitreibungskoeffizient kleiner als eins. Das bedeutet, dass die Gleitreibungskraft geringer ist als die normale Druckkraft.
Der Gleitreibungskoeffizient ist eine Eigenschaft zweier aneinander reibender Körper, er hängt davon ab, aus welchen Materialien die Körper bestehen und wie gut die Oberflächen bearbeitet sind (glatt oder rau).
Der Ursprung von Haftreibungs- und Gleitreibungskräften ist darauf zurückzuführen, dass jede Oberfläche auf mikroskopischer Ebene nicht eben ist, es gibt immer mikroskopische Inhomogenitäten auf jeder Oberfläche (Abb. 11).
Reis. 11. Oberflächen von Körpern auf mikroskopischer Ebene
Wenn zwei sich berührende Körper versucht werden, sich relativ zueinander zu bewegen, verhaken sich diese Inhomogenitäten und verhindern diese Bewegung. Dieser Eingriff reicht bei geringer Krafteinwirkung aus, um eine Bewegung der Körper zu verhindern, so dass Haftreibung entsteht. Wenn die äußere Kraft die maximale Haftreibung überschreitet, reicht der Eingriff der Rauheit nicht aus, um die Körper zu halten, und sie beginnen sich relativ zueinander zu verschieben, während die Kraft der Gleitreibung zwischen den Körpern wirkt.
Diese Art von Reibung tritt auf, wenn Körper übereinander rollen oder wenn ein Körper auf der Oberfläche eines anderen rollt. Rollreibung verleiht dem Körper wie Gleitreibung eine negative Beschleunigung.
Das Auftreten der Rollreibungskraft ist auf die Verformung des Rollkörpers und der Auflagefläche zurückzuführen. Ein auf einer horizontalen Fläche befindliches Rad verformt diese also. Wenn sich das Rad bewegt, haben die Verformungen keine Zeit, sich zu erholen, so dass das Rad die ganze Zeit einen kleinen Hügel erklimmen muss, was einen Kraftmoment verursacht, der das Rollen verlangsamt.
Reis. 12. Auftreten von Rollreibungskraft
Die Größe der Rollreibungskraft ist in der Regel um ein Vielfaches kleiner als die Gleitreibungskraft, wenn alle anderen Dinge gleich sind. Aus diesem Grund ist das Rollen eine gängige Bewegungsart in der Technik.
Wenn sich ein Festkörper in einer Flüssigkeit oder einem Gas bewegt, wirkt von der Seite des Mediums eine Widerstandskraft auf ihn. Diese Kraft richtet sich gegen die Geschwindigkeit des Körpers und verlangsamt die Bewegung (Abb. 13).
Das Hauptmerkmal der Widerstandskraft besteht darin, dass sie nur bei relativer Bewegung des Körpers und seiner Umgebung auftritt. Das heißt, die Haftreibungskraft in Flüssigkeiten und Gasen existiert nicht. Dies führt dazu, dass eine Person sogar einen schweren Lastkahn bewegen kann, der sich auf dem Wasser befindet.
Reis. 13. Widerstandskraft, die auf einen Körper wirkt, wenn er sich in einer Flüssigkeit oder einem Gas bewegt
Der Widerstandskraftmodul hängt ab von:
Von der Größe des Körpers und seiner geometrischen Form (Abb. 14);
Beschaffenheit der Körperoberfläche (Abb. 15);
Eigenschaften einer Flüssigkeit oder eines Gases (Abb. 16);
Die Relativgeschwindigkeit des Körpers und seiner Umgebung (Abb. 17).
Reis. 14. Abhängigkeiten des Widerstandsmoduls Kraft von der geometrischen Form
Reis. 15. Abhängigkeiten des Widerstandskraftmoduls vom Zustand der Körperoberfläche
Reis. 16. Abhängigkeiten des Widerstandskraftmoduls von den Eigenschaften einer Flüssigkeit oder eines Gases
Reis. 17. Abhängigkeiten des Widerstandskraftmoduls von der Relativgeschwindigkeit des Körpers und seiner Umgebung
Abbildung 18 zeigt ein Diagramm der Abhängigkeit der Widerstandskraft von der Geschwindigkeit des Körpers. Bei einer Relativgeschwindigkeit gleich Null wirkt die Widerstandskraft nicht auf den Körper. Mit zunehmender Relativgeschwindigkeit wächst zunächst die Widerstandskraft langsam und dann die Wachstumsrate.
Reis. 18. Diagramm der Abhängigkeit der Widerstandskraft von der Geschwindigkeit des Körpers
Bei niedrigen Werten der Relativgeschwindigkeit ist die Widerstandskraft direkt proportional zum Wert dieser Geschwindigkeit:
wo ist der Wert der Relativgeschwindigkeit; - Widerstandskoeffizient, der von der Art des viskosen Mediums, der Form und Größe des Körpers abhängt.
Wenn die Relativgeschwindigkeit groß genug ist, wird die Widerstandskraft proportional zum Quadrat dieser Geschwindigkeit.
wo ist der Wert der Relativgeschwindigkeit; ist der Luftwiderstandsbeiwert.
Die Wahl der Formel für jeden speziellen Fall wird empirisch bestimmt.
Ein Körper der Masse 600 g bewegt sich gleichmäßig entlang einer horizontalen Fläche (Abb. 19). In diesem Fall wird darauf eine Kraft ausgeübt, deren Wert 1,2 N beträgt. Bestimmen Sie den Wert des Reibungskoeffizienten zwischen dem Körper und der Oberfläche.
genannt trocken. Andernfalls wird die Reibung als "flüssig" bezeichnet. Ein charakteristisches Unterscheidungsmerkmal der Trockenreibung ist das Vorhandensein von Haftreibung.
Es wurde experimentell festgestellt, dass die Reibungskraft von der Druckkraft der Körper aufeinander (der Reaktionskraft des Trägers), von den Materialien der Reibflächen, von der Geschwindigkeit der Relativbewegung u nicht hängt vom Kontaktbereich ab. (Dies kann durch die Tatsache erklärt werden, dass kein Körper absolut eben ist. Daher ist die wahre Kontaktfläche viel kleiner als die beobachtete. Außerdem verringern wir durch Vergrößern der Fläche den spezifischen Druck des Körper aufeinander.) Der die Reibflächen charakterisierende Wert wird genannt Reibungskoeffizient, und wird am häufigsten mit dem lateinischen Buchstaben „k“ oder dem griechischen Buchstaben „μ“ bezeichnet. Sie hängt von der Art und Qualität der Bearbeitung von Reibflächen ab. Außerdem hängt der Reibwert von der Drehzahl ab. Meistens wird diese Abhängigkeit jedoch schwach ausgedrückt, und wenn keine größere Messgenauigkeit erforderlich ist, kann "k" als konstant angesehen werden.
In erster Näherung lässt sich die Größe der Gleitreibungskraft nach folgender Formel berechnen:
Wo
Gleitreibungskoeffizient,
Die Kraft der normalen Stützreaktion.
Nach der Wechselwirkungsphysik wird Reibung normalerweise unterteilt in:
Aufgrund der Komplexität physikalischer und chemischer Vorgänge in der Reibungszone lassen sich Reibungsvorgänge prinzipiell nicht mit den Methoden der klassischen Mechanik beschreiben.
Bei mechanischen Vorgängen kommt es immer mehr oder weniger zu einer Umwandlung der mechanischen Bewegung in andere Bewegungsformen der Materie (meistens in eine thermische Bewegungsform). Im letzteren Fall werden die Wechselwirkungen zwischen Körpern als Reibungskräfte bezeichnet.
Experimente mit der Bewegung verschiedener Körper in Kontakt (fest in fest, fest in einer Flüssigkeit oder einem Gas, flüssig in einem Gas usw.) mit unterschiedlichen Zuständen der Kontaktflächen zeigen, dass Reibungskräfte während der Relativbewegung der sich berührenden Körper auftreten und sind gegen den Relativgeschwindigkeitsvektor tangential zu Kontaktflächen gerichtet. Dabei werden die wechselwirkenden Körper immer erwärmt.
Reibungskräfte werden als tangentiale Wechselwirkungen zwischen Körpern in Kontakt bezeichnet, die aus ihrer relativen Bewegung entstehen. Reibungskräfte, die durch die Relativbewegung verschiedener Körper entstehen, nennt man äußere Reibungskräfte.
Reibungskräfte entstehen auch bei der Relativbewegung von Teilen desselben Körpers. Reibung zwischen Schichten desselben Körpers wird als innere Reibung bezeichnet.
Bei realen Bewegungen treten immer mehr oder weniger große Reibungskräfte auf. Daher müssen wir bei der Aufstellung der Bewegungsgleichungen streng genommen immer die Reibungskraft F tr in die Zahl der auf den Körper einwirkenden Kräfte einsetzen.
Der Körper bewegt sich gleichmäßig und geradlinig, wenn eine äußere Kraft die bei der Bewegung entstehende Reibungskraft ausgleicht.
Um die auf einen Körper wirkende Reibungskraft zu messen, genügt es, die Kraft zu messen, die auf den Körper aufgebracht werden muss, damit er sich ohne Beschleunigung bewegt.
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Reibung ist ein Phänomen, das uns im Alltag immer wieder begegnet. Ob Reibung schädlich oder förderlich ist, lässt sich nicht feststellen. Selbst ein Schritt auf glattem Eis scheint eine schwierige Aufgabe zu sein, das Gehen auf einer rauen Asphaltoberfläche ist ein Vergnügen. Autoteile ohne Schmierung verschleißen viel schneller.
Das Studium der Reibung und die Kenntnis ihrer grundlegenden Eigenschaften ermöglichen es einer Person, sie zu verwenden.
Die Kraft, die aus der Bewegung oder dem Versuch entsteht, einen Körper auf der Oberfläche eines anderen zu bewegen, gerichtet gegen die Bewegungsrichtung, die auf bewegte Körper ausgeübt wird, wird als Reibungskraft bezeichnet. Der Modul der Reibungskraft, dessen Formel von vielen Parametern abhängt, variiert je nach Art des Widerstands.
Folgende Reibungsarten werden unterschieden:
Unterhose;
rollen.
Jeder Versuch, einen schweren Gegenstand (Schrank, Stein) von seinem Platz zu bewegen, führt zu Spannungen, gleichzeitig gelingt es nicht immer, den Gegenstand in Bewegung zu setzen. Stört die Ruhe.
Die errechnete Haftreibung erlaubt es nicht, diese genau genug zu bestimmen. Aufgrund der Wirkung des dritten Newtonschen Gesetzes hängt die Größe der statischen Widerstandskraft von der angelegten Kraft ab.
Mit zunehmender Kraft steigt auch die Reibungskraft.
0 < F тр.покоя < F max
Verhindert, dass Nägel, die in einen Baum getrieben werden, herausfallen; Mit Faden genähte Knöpfe werden fest gehalten. Interessanterweise ist es der Widerstand der Ruhe, der es einer Person ermöglicht, zu gehen. Außerdem ist es in Richtung der menschlichen Bewegung gerichtet, was dem allgemeinen Stand der Dinge widerspricht.
Mit einer Erhöhung der äußeren Kraft, die den Körper bewegt, auf den Wert der größten Haftreibungskraft, beginnt er sich zu bewegen. Die Kraft der Gleitreibung wird beim Gleiten eines Körpers über die Oberfläche eines anderen berücksichtigt. Sein Wert hängt von den Eigenschaften der interagierenden Oberflächen und der Kraft der vertikalen Einwirkung auf die Oberfläche ab.
Berechnungsformel für die Gleitreibungskraft: F=μР, wobei μ der Proportionalitätskoeffizient (Gleitreibung), Р die vertikale (normale) Druckkraft ist.
Eine der die Bewegung steuernden Kräfte ist die Gleitreibungskraft, deren Formel nach dem 3. Newtonschen Gesetz geschrieben wird.Aufgrund der Erfüllung des 3. Newtonschen Gesetzes sind die Kräfte des Normaldrucks und der Gegenkraft des Lagers gleich groß und entgegengesetzte Richtung: P \u003d N.
Vor der Ermittlung der Reibungskraft, deren Formel eine andere Form annimmt (F=μ N), wird die Reaktionskraft bestimmt.
Der Gleitwiderstandsbeiwert wird experimentell für zwei reibende Oberflächen eingeführt und hängt von der Qualität ihrer Verarbeitung und ihres Materials ab.
Tisch. Der Wert des Luftwiderstandsbeiwerts für verschiedene Oberflächen
| Nr. S | Interagierende Oberflächen | Der Wert des Gleitreibungskoeffizienten |
Stahl + Eis | ||
Leder + Gusseisen | ||
Bronze+Eisen | ||
Bronze + Gusseisen | ||
Stahl+Stahl |
Die größte Haftreibungskraft, deren Formel oben geschrieben wurde, kann auf die gleiche Weise bestimmt werden wie die Gleitreibungskraft.
Dies wird bei der Lösung von Problemen wichtig, um die Stärke des Fahrwiderstands zu bestimmen. Beispielsweise rutscht ein Buch, das durch eine von oben gedrückte Hand bewegt wird, unter der Wirkung der Ruhewiderstandskraft, die zwischen der Hand und dem Buch entsteht, weg. Die Höhe des Widerstands hängt vom Wert der vertikalen Druckkraft auf das Buch ab.
Der Übergang unserer Vorfahren von Schleppern zu Streitwagen gilt als revolutionär. Die Erfindung des Rades ist die größte Erfindung der Menschheit. der auftritt, wenn sich das Rad entlang der Oberfläche bewegt, ist betragsmäßig deutlich geringer als der Gleitwiderstand.
Das Auftreten, das mit den Kräften des Normaldrucks des Rads auf der Oberfläche verbunden ist, hat eine Natur, die es vom Gleiten unterscheidet. Durch leichte Verformung des Rades entstehen in der Mitte der Umformung und an deren Rändern unterschiedliche Druckkräfte. Dieser Kräfteunterschied bestimmt das Auftreten von Rollwiderstand.
Die Berechnungsformel für die Rollreibungskraft wird üblicherweise ähnlich wie beim Gleitvorgang genommen. Der Unterschied ist nur in den Werten des Luftwiderstandsbeiwerts sichtbar.
Wenn sich die Rauheit der Reibflächen ändert, ändert sich auch der Wert der Reibungskraft. Bei starker Vergrößerung sehen zwei sich berührende Oberflächen wie Erhebungen mit scharfen Spitzen aus. Bei der Überlagerung sind es die hervorstehenden Körperteile, die miteinander in Kontakt stehen. Die Gesamtkontaktfläche ist unbedeutend. Beim Bewegen oder Versuch, Körper zu bewegen, erzeugen die "Spitzen" Widerstand. Die Größe der Reibungskraft hängt nicht von der Fläche der Kontaktflächen ab.
Es scheint, dass zwei ideal glatte Oberflächen absolut keinen Widerstand erfahren sollten. In der Praxis ist die Reibungskraft in diesem Fall maximal. Diese Diskrepanz erklärt sich aus der Art des Ursprungs der Kräfte. Dies sind elektromagnetische Kräfte, die zwischen den Atomen wechselwirkender Körper wirken.
Mechanische Prozesse, die in der Natur nicht mit Reibung einhergehen, sind unmöglich, da es keine Möglichkeit gibt, die elektrische Wechselwirkung geladener Körper „abzuschalten“. Die Unabhängigkeit der Widerstandskräfte von der gegenseitigen Position der Körper erlaubt uns, sie als nicht-potentiell zu bezeichnen.
Interessanterweise ist die Reibungskraft, deren Formel je nach Geschwindigkeit der wechselwirkenden Körper variiert, proportional zum Quadrat der entsprechenden Geschwindigkeit. Diese Kraft bezieht sich auf die Kraft des viskosen Widerstands in der Flüssigkeit.
Die Bewegung eines Festkörpers in einer Flüssigkeit oder Gasflüssigkeit in der Nähe einer festen Oberfläche wird von einem viskosen Widerstand begleitet. Ihr Auftreten hängt mit der Wechselwirkung von Flüssigkeitsschichten zusammen, die von einem Festkörper im Bewegungsvorgang mitgenommen werden. Unterschiedliche Schichtgeschwindigkeiten sind eine Quelle viskoser Reibung. Die Besonderheit dieses Phänomens ist das Fehlen von Flüssigkeitshaftreibung. Unabhängig von der Größe des äußeren Einflusses beginnt sich der Körper in der Flüssigkeit zu bewegen.
Abhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit wird die Widerstandskraft durch die Bewegungsgeschwindigkeit, die Form des sich bewegenden Körpers und die Viskosität des Fluids bestimmt. Die Bewegung in Wasser und Öl desselben Körpers wird von Widerstand unterschiedlicher Größe begleitet.
Für niedrige Geschwindigkeiten: F = kv, wobei k ein Proportionalitätsfaktor ist, der von den linearen Abmessungen des Körpers und den Eigenschaften des Mediums abhängt, v ist die Geschwindigkeit des Körpers.
Die Temperatur der Flüssigkeit beeinflusst auch die Reibung darin. Bei frostigem Wetter wird das Auto aufgewärmt, so dass sich das Öl erwärmt (seine Viskosität nimmt ab) und hilft, die Zerstörung der in Kontakt stehenden Motorteile zu verringern.
Eine signifikante Erhöhung der Geschwindigkeit des Körpers kann das Auftreten turbulenter Strömungen verursachen, während der Widerstand stark zunimmt. Entscheidend ist: Das Quadrat aus der Bewegungsgeschwindigkeit, der Dichte des Mediums und der Reibungskraft nimmt eine andere Form an:
F \u003d kv 2, wobei k ein Proportionalitätsfaktor ist, der von der Form des Körpers und den Eigenschaften des Mediums abhängt, v ist die Geschwindigkeit des Körpers.
Wird dem Körper eine strömungsgünstige Form gegeben, können Turbulenzen reduziert werden. Die Körperform von Delfinen und Walen ist ein perfektes Beispiel für die Naturgesetze, die die Geschwindigkeit von Tieren beeinflussen.
Die Bewegungsarbeit des Körpers wird durch den Widerstand der Umgebung verhindert. Wenn wir den Energieerhaltungssatz anwenden, sagen wir, dass die Änderung der mechanischen Energie gleich der Arbeit der Reibungskräfte ist.
Die Arbeit der Kraft wird nach folgender Formel berechnet: A = Fscosα, wobei F die Kraft ist, unter der sich der Körper um eine Strecke s bewegt, α der Winkel zwischen Kraft- und Verschiebungsrichtung ist.
Offensichtlich ist die Widerstandskraft der Bewegung des Körpers entgegengesetzt, daher cosα = -1. Die Arbeit der Reibungskraft, deren Formel A tr \u003d - Fs ist, ist ein negativer Wert. In diesem Fall wird es intern (Verformung, Erwärmung).
Es gibt zwei grundsätzlich unterschiedliche Reibungsarten: Gleitreibung(Reibung 1. Art) und Rollreibung(Reibung 2. Art).
Gleitreibung ist charakteristisch für niedrigere kinematische Paare, tritt aber auch bei höheren Paaren auf. Es ist ein komplexer physikalischer und chemischer Prozess, der letztendlich zu einer Erwärmung der Elemente eines Paares, einer Verschlechterung der physikalischen (Festigkeits-)Eigenschaften der Materialien, aus denen sie hergestellt sind, einem starken Verschleiß und Leistungsverlusten durch unproduktive Überwindung von Reibungskräften führt . Die einfachste Erklärung für den Bewegungswiderstand bei Reibung ist, dass bei der Relativbewegung fester Körper (Glieder) die Mikrorauheit des einen auf die Mikrorauheit des anderen trifft, was zu einer gewissen Gesamtkraft führt, die auf die Relativbewegung gerichtet ist. Beispielsweise bewegt sich der Festkörper 2 (Abb. 5.1) in der angegebenen Richtung mit relativer Geschwindigkeit relativ zum Festkörper 1. Gleichzeitig kollidieren seine Mikrorauhigkeiten mit den Mikrorauhigkeiten des Körpers 1, wodurch an den Punkten normale Reaktionen auftreten Kontakt von Mikrorauigkeiten (diese Reaktionen auf
Reis. 5.1 sind als Diagonalen von Rechtecken dargestellt). Der Gesamtwert der vertikalen Komponenten der Reaktionen ist gleich der Druckkraft Q, und der Gesamtwert der horizontalen Komponenten ist die gegen die relative Bewegungsgeschwindigkeit gerichtete Reibungskraft. Es ist zu beachten, dass die Reibungskräfte von sich berührenden Körpern paarweise wirken, dh eine von ihnen wirkt auf einen Körper, die andere auf einen anderen, und diese Kräfte sind gleich und entgegengesetzt, ähnlich wie bei den zuvor betrachteten Reaktionen in der Kinematik Paare.
Die Gleitreibung wird in Abhängigkeit von den Bedingungen, unter denen die kinematischen Paare arbeiten, in mehrere Typen unterteilt.
Trockenreibung, was bei absolut sauberen und trockenen Kontaktflächen auftritt, frei von jeglichen Spuren von Feuchtigkeit, Oxiden, Staub und anderen Substanzen. Unter diesen Bedingungen berühren sich die Reibflächen direkt. Solche Reibungsbedingungen können nur unter Laborbedingungen erreicht werden.
Grenzreibung typisch, wenn die Dicke der Schmiermittelschicht zwischen den Reibflächen weniger als 0,1 Mikrometer beträgt.
Flüssigkeitsreibung findet statt, wenn die Reibflächen vollständig durch eine Schmierstoffschicht getrennt sind und sich keine Mikrorauhigkeiten berühren (Abb. 5.2). Der Widerstand gegen die Relativbewegung von Feststoffen wird dabei vollständig durch die Eigenschaften der Schmierflüssigkeit bestimmt und hängt im Wesentlichen von ihrer Viskosität ab. Die Gesetzmäßigkeiten dieser Reibungsart unterscheiden sich deutlich von den Gesetzmäßigkeiten anderer Reibungsarten.
halbflüssige Reibung entsteht, wenn die Bedingungen der reinen Flüssigkeitsreibung nicht erfüllt sind, und dann tritt an einigen Kontaktstellen fester Körper Flüssigkeitsreibung auf, an anderen - Grenze. Aus diesem Grund wird diese Art der Reibung genannt gemischt. Diese Art der Reibung tritt am häufigsten in Maschinen auf.
Halbtrockenreibung es passiert, wenn sowohl Trockenreibung als auch Grenzreibung gleichzeitig vorhanden sind. Diese Art von Reibung tritt auf, wenn die von Feuchtigkeit, Oxiden, Staub und Aerosolen gereinigten Oberflächen einige Zeit an der Luft belassen und dann in Kontakt gebracht werden.
Rutschreibung
1. Die Reibungskraft ist immer gegen die Geschwindigkeit der Relativbewegung gerichtet.
2. Mit ausreichender Genauigkeit für technische Berechnungen kann die Reibungskraft durch die Coulomb-Amonton-Formel bestimmt werden. Hier ist der Reibungskoeffizient; ist eine normale Reaktion, die in einem kinematischen Paar unter Einwirkung einer Druckkraft auftritt.
3. Der Reibungskoeffizient hängt von der physikalischen Beschaffenheit und dem Zustand der Reibflächen ab, d. h. von der Rauheit, dem Vorhandensein und der Art des Schmiermittels usw.
4. Der Reibungskoeffizient hängt von der Geschwindigkeit der Relativbewegung von Körpern ab
(Abb. 5.3), jedoch wird mit ausreichender Genauigkeit für die Praxis davon ausgegangen, dass sie bei jeder Drehzahl konstant bleibt. Zahlreiche Studien haben ergeben, dass der Reibungskoeffizient beim Anfahren größer ist als beim Fahren. Dieses Verhältnis heißt Haftreibungskoeffizient oder Haftreibungskoeffizient. Es wird bezeichnet und berücksichtigt, dass es gleichzeitig unabhängig von der Geschwindigkeit der Bewegung ist.
5. Der Haftreibungskoeffizient hängt von der Kontaktzeit fester Körper in Ruhe ab, was durch die allmähliche Durchdringung der Materialien der Körper ineinander erklärt wird. Je länger die Körper in bewegungslosem Kontakt sind, desto tiefer wird das Eindringen und desto schwieriger ist es, sie später zu bewegen.
6. Der Reibungskoeffizient hängt vom spezifischen Druck ab. Diese Beziehung ist in dargestellt
Reis. 5.4. Zuerst steigt der Wert des Koeffizienten stark an, dann bleibt er bei Erreichen eines bestimmten Werts konstant und steigt dann bei ausreichend großen Werten des spezifischen Drucks aufgrund plastischer Verformungen der Materialien wieder stark an reibende Oberflächen. Bei technischen Berechnungen wird eine solche Abhängigkeit jedoch nicht berücksichtigt, sondern der Wert wird als konstant angenommen, der sich in einem weiten Bereich von Änderungen des spezifischen Drucks nicht ändert.
Die Werte der Reibungskoeffizienten für verschiedene Materialien und Betriebsbedingungen von Reibflächen sind in physikalischen und technischen Nachschlagewerken angegeben.
Reibung tritt auf, wenn sich Körper in direktem Kontakt befinden, wodurch ihre Relativbewegung verhindert wird, und wird immer entlang der Kontaktfläche gerichtet.
Reibungskräfte sind elektromagnetischer Natur, ebenso wie elastische Kräfte. Die Reibung zwischen den Oberflächen zweier fester Körper wird als Trockenreibung bezeichnet. Die Reibung zwischen einem Festkörper und einem flüssigen oder gasförmigen Medium wird als viskose Reibung bezeichnet.
Unterscheiden statische Reibung, Gleitreibung und Rollreibung.
Reibung der Ruhe- tritt nicht nur beim Gleiten einer Oberfläche auf einer anderen auf, sondern auch beim Versuch, dieses Gleiten zu verursachen. Die Haftreibung verhindert, dass die Lasten auf dem laufenden Förderband verrutschen, die Nägel in das Brett getrieben werden usw.
Die Haftreibungskraft ist eine Kraft, die verhindert, dass sich ein Körper relativ zu einem anderen bewegt, immer gegen eine Kraft gerichtet, die von außen parallel zur Kontaktfläche aufgebracht wird und versucht, das Objekt von seinem Platz zu bewegen.
Je größer die Kraft ist, die dazu neigt, den Körper zu bewegen, desto größer ist die Haftreibungskraft. Für zwei beliebige Körper in Kontakt hat es jedoch einen gewissen Maximalwert (F tr.p.) max, mehr als das kann es nicht sein, und das hängt nicht von der Kontaktfläche der Oberflächen ab:
(F tr.p.) max = μ p N,
wo μ p- Haftreibungskoeffizient, N- Reaktionskraft unterstützen.
Die maximale Haftreibungskraft hängt von den Werkstoffen der Körper und der Qualität der Bearbeitung der Kontaktflächen ab.
Gleitreibung. Wenden wir eine Kraft auf den Körper an, die die maximale Haftreibungskraft übersteigt, bewegt sich der Körper und beginnt sich zu bewegen. Ruhereibung wird durch Gleitreibung ersetzt.
Die Gleitreibungskraft ist ebenfalls proportional zur Drucknormalkraft und zur Lagerreaktionskraft:
F tr \u003d μN.
Rollreibung. Wenn der Körper nicht auf der Oberfläche eines anderen Körpers gleitet, sondern wie ein Rad rollt, dann wird die Reibung, die an der Berührungsstelle auftritt, als Rollreibung bezeichnet. Wenn das Rad über die Fahrbahn rollt, wird es ständig hineingedrückt, daher ist immer eine Bodenwelle davor, die überwunden werden muss. Dadurch entsteht Rollreibung. Die Rollreibung ist umso geringer, je härter die Straße ist.
Die Rollreibungskraft ist ebenfalls proportional zur Auflagerreaktionskraft:
F tr.qual = μ qual N,
wo μ-Qualität- Rollreibungskoeffizient.
Weil die μ-Qualität<< μ , bei gleicher Belastung ist die Rollreibungskraft viel kleiner als die Gleitreibungskraft.
Die Ursachen der Reibungskraft sind die Rauhigkeit der Oberflächen der sich berührenden Körper und die zwischenmolekulare Anziehung an den Berührungspunkten der reibenden Körper. Im ersten Fall weisen scheinbar glatte Oberflächen tatsächlich mikroskopisch kleine Unregelmäßigkeiten auf, die sich beim Gleiten aneinander verhaken und die Bewegung stören. Im zweiten Fall zeigt sich die Anziehung auch bei gut polierten Oberflächen.
Ein Feststoff, der sich in einer Flüssigkeit oder einem Gas bewegt, wird beeinflusst von mittlere Widerstandskraft, richtet sich gegen die Geschwindigkeit des Körpers relativ zur Umgebung und verlangsamt die Bewegung.
Die Widerstandskraft des Mediums tritt nur während der Bewegung des Körpers in diesem Medium auf. Hier gibt es nichts Besseres als die Haftreibungskraft. Im Gegenteil, Gegenstände im Wasser lassen sich viel leichter bewegen als auf einer harten Oberfläche.
