Cum să mărești frecarea

Te-ai întrebat vreodată de ce mâinile tale se încălzesc atunci când le freci repede sau de ce frecarea a două bețe împreună poate provoca în cele din urmă un incendiu? Răspunsul este fricțiune! Când două suprafețe se freacă una împotriva celeilalte, ele rezistă în mod natural mișcării celuilalt la un nivel microscopic. Această rezistență poate provoca eliberarea de energie sub formă de căldură, încălzirea mâinilor, provocarea unui foc etc. Cu cât fricțiunea este mai mare, cu atât mai multă energie este eliberată, astfel încât să știți cum să creșteți fricțiunea dintre piesele în mișcare dintr-un sistem mecanic vă poate permite să generați multă căldură!

Pași

Metodă unu din 2: Crearea unei suprafețe mai frictive

1. unu Creați un punct de contact „mai aspru” sau mai adeziv. Când două materiale alunecă sau se freacă unul de celălalt, se pot întâmpla trei lucruri: mici colțuri, crăpături și nereguli pe suprafețe se pot prinde unul pe celălalt; una sau ambele suprafețe se pot deforma ca răspuns la mișcare; și, în cele din urmă, atomii din fiecare suprafață pot interacționa unul cu celălalt. În scopuri practice, toate aceste trei efecte fac același lucru: generează frecare. Alegerea suprafețelor abrazive (cum ar fi hârtia de șlefuit), care se deformează atunci când sunt presate (cum ar fi cauciucul) sau care au interacțiuni adezive cu alte suprafețe (cum ar fi lipici lipicios etc.) este o modalitate simplă de a crește frecarea.
   • Manualele de inginerie și resursele similare pot fi instrumente excelente atunci când alegeți ce materiale să utilizați pentru a genera frecare ridicată. Majoritatea materialelor de construcție standard au „coeficienți de frecare” cunoscuți - adică măsuri ale cantității de frecare pe care o generează cu alte suprafețe. Coeficienții de frecare glisante pentru doar câteva materiale obișnuite sunt enumerați mai jos (coeficienții mai mari indică o frecare mai mare):
   • Aluminiu pe aluminiu: 0,34
   • Lemn pe lemn: 0,129
   • Beton uscat pe cauciuc: 0,6-0,85
   • Beton umed pe cauciuc: 0,45-0,75
   • Gheață pe gheață: 0,01
2. 2 Apăsați cele două suprafețe împreună mai tare. Un principiu fundamental al fizicii de bază este acela că fricțiunea pe care o experimentează un obiect este proporțională cu forța sa normală (în scopurile noastre, aceasta este practic forța cu care se apasă în obiectul împotriva căruia alunecă). Aceasta înseamnă că fricțiunea dintre două suprafețe poate fi crescută dacă suprafețele sunt presate una cu cealaltă cu o forță mai mare.
   • Dacă ați folosit vreodată un set de frâne pe disc (de exemplu, pe mașină sau bicicletă) ați respectat acest principiu în acțiune. În acest caz, apăsarea frânelor pe o mașină împinge un set de tampoane generatoare de frecare în discurile metalice atașate roților. Cu cât frânele sunt împinse mai tare, cu atât tampoanele sunt mai puternice apăsate pe discuri și cu atât se generează mai multe fricțiuni. Acest lucru poate opri vehiculul rapid, dar poate elibera și multă căldură, motiv pentru care un set de frâne este de obicei destul de fierbinte după frânarea intensă. Pe o bicicletă, plăcuțele de frână se apasă pe cadrul metalic al anvelopei pentru a le opri din rotație.
3. 3 Opriți orice mișcare relativă. Adică, dacă o suprafață este în mișcare față de alta, opriți-o. Până acum ne-am concentrat asupra cinetică (sau „alunecare”) frecare - fricțiunea care apare între două obiecte sau suprafețe pe măsură ce se freacă una împotriva celeilalte. De fapt, această frecare este diferită de static fricțiune - fricțiunea care apare atunci când un obiect începe să se miște împotriva altui. În esență, fricțiunea dintre două obiecte este cel mai mare drept atunci când încep să se miște unul împotriva celuilalt. Odată ce sunt deja în mișcare, fricțiunea scade. Acesta este unul dintre motivele pentru care este mai greu să începi să împingi un obiect greu decât să îl miști în continuare.
   • Încercați acest experiment simplu pentru a observa diferența dintre frecarea statică și cea cinetică: așezați un scaun sau o altă piesă de mobilier pe o podea netedă din casă (nu covor sau covor). Asigurați-vă că mobilierul nu are „tampoane de protecție” sau orice alt tip de material pe fund care ar putea face mai ușor alunecarea pe podea. Încearcă să împingi mobilierul doar suficient de greu încât să înceapă să se miște. Trebuie să observați că imediat ce mobilierul începe să se miște, devine imediat ușor de împins. Acest lucru se datorează faptului că fricțiunea cinetică dintre mobilier și podea este mai mică decât fricțiunea statică.
4. 4 Îndepărtați ungerea dintre cele două suprafețe. Lubrifianții precum uleiul, grăsimile, vaselina și așa mai departe pot reduce foarte mult fricțiunea dintre două obiecte sau suprafețe. Acest lucru se datorează faptului că frecarea dintre două solide este, în general, mult mai mare decât frecarea dintre aceste solide și lichidul dintre ele. Pentru a crește frecarea, încercați să eliminați orice lubrifianți din ecuație, folosind doar piese „uscate”, nelubrifiate, pentru a genera frecare.
   • Pentru a vedea potențialul de reducere a frecării lubrifianților, încercați acest experiment simplu: frecați-vă mâinile împreună ca și cum ar fi reci și doriți să le încălziți. Ar trebui să observați imediat că se încălzesc din frecare. Apoi, puneți o cantitate bună de loțiune în palme și încercați același lucru. Nu numai că ar fi mai ușor să vă frecați mâinile unul de celălalt rapid, dar ar trebui să observați și mult mai puțină căldură.
5. 5 Îndepărtați roțile sau rulmenții pentru a crea o frecare glisantă. Roțile, rulmenții și alte obiecte „rulante” se confruntă cu un tip special de frecare numită frecare de rulare. Această frecare este aproape întotdeauna mult mai mică decât fricțiunea generată prin simpla alunecare a unui obiect echivalent de-a lungul solului. - Acesta este motivul pentru care aceste obiecte tind să se rostogolească, mai degrabă decât să alunece de-a lungul solului. Pentru a crește frecarea într-un sistem mecanic, încercați să îndepărtați roțile, rulmenții și așa mai departe, astfel încât părțile să se frece una de alta, mai degrabă decât să se rostogolească una împotriva celeilalte.
   • De exemplu, luați în considerare diferența dintre tragerea unei greutăți mari de-a lungul solului într-un vagon versus tragerea unei greutăți similare într-o sanie. Un vagon are roți, deci este mai ușor de tras decât o sanie, care se trage de sol, generând o mulțime de frecare pe parcurs.
6. 6 Creșteți vâscozitatea fluidului. Obiectele solide nu sunt singurele lucruri care pot genera frecare. Lichidele (lichide și gaze, cum ar fi apa și respectiv aerul) pot genera, de asemenea, frecare. Cantitatea de frecare pe care o generează un fluid pe măsură ce trece împotriva unui solid depinde de mai mulți factori. Una dintre cele mai ușor de controlat dintre acestea este vâscozitatea fluidului - adică ceea ce se numește în mod obișnuit „grosimea” acestuia. În general, fluidele foarte vâscoase (cele care sunt „groase”, „lipicioase” etc.) generează mai multe fricțiuni decât fluidele mai puțin vâscoase (cele care sunt „netede” și „lichide”).
   • De exemplu, luați în considerare diferența în efortul pe care l-ați putea experimenta atunci când suflați apă printr-o paie față de suflarea mierii prin paie. Apa, care nu este foarte vâscoasă, este foarte ușor de aspirat și de aruncat din paie. Mierea, pe de altă parte, este mult mai dificil de mișcat prin paie. Acest lucru se datorează faptului că vâscozitatea ridicată a mierii generează o mulțime de frecare rezistivă, deoarece este forțată printr-un tub îngust ca un pai.
   Publicitate

Metodă 2 din 2: Creșterea fluidității

1. unu Creșteți vâscozitatea fluidului. Mediul prin care se mișcă un obiect exercită o forță pe suprafețele obiectului care, în ansamblu, alcătuiesc forța de frecare care acționează asupra obiectului. Cu cât un fluid este mai dens (mai vâscos), cu atât mai lent un obiect sub efectul unei forțe date se va deplasa prin fluid. De exemplu, o marmură va cădea mai repede prin aer decât apă și prin apă mai repede decât melasa.
   • Viscozitatea majorității fluidelor poate fi crescută prin scăderea temperaturii fluidului. De exemplu, o marmură cade mai lent prin melasă rece decât melasă la temperatura camerei.
2. 2 Măriți zona expusă la aer. După cum sa menționat mai sus, fluidele precum apa și aerul pot genera frecare pe măsură ce se deplasează împotriva obiectelor solide. Forța de frecare pe care o experimentează un obiect în timp ce se deplasează printr-un fluid se numește tracțiune (aceasta este uneori denumită „rezistență la aer”, „rezistență la apă” etc.) Una dintre proprietățile tracțiunii este că obiectele cu profiluri mai mari sau suprafața, spre fluid pe măsură ce se deplasează prin el - au o rezistență mai mare. Fluidul are mai mult spațiu total pentru a împinge, crescând frecarea asupra obiectului pe măsură ce se deplasează prin el.
   • De exemplu, să spunem că o pietricică și o foaie de hârtie cântăresc ambele un gram. Dacă le aruncăm pe amândouă în același timp, pietricele vor cădea direct pe podea, în timp ce hârtia va deriva încet spre pământ. Acesta este principiul tracțiunii în acțiune - aerul împinge fața mare și largă a hârtiei, producând tracțiune și făcându-l să treacă prin aer mult mai încet decât pietricica, care are o zonă de secțiune transversală relativ mică.
3. 3 Utilizați o formă cu un coeficient de tracțiune mai mare. În timp ce aria secțiunii transversale a unui obiect este un bun general indicarea cât de mare va fi tragerea sa, de fapt, calculele de tragere sunt puțin mai complicate. Diferite forme interacționează cu fluidele în moduri diferite pe măsură ce trec prin ele - aceasta înseamnă că unele forme (de exemplu, plăci plate), pot avea o rezistență mai mare decât diferite forme (de exemplu, sfere) realizate din aceeași cantitate de material. Deoarece cantitatea care măsoară cantitatea relativă de tragere pe care o face o formă se numește „coeficient de tragere”, se spune că formele cu trageri mari au coeficienți de tragere mari.
   • De exemplu, luați în considerare o aripă de avion. Forma unei aripi tipice de avion se numește aerodinamică . Această formă, care este netedă, îngustă, rotunjită și elegantă, trece ușor prin aer. Are un coeficient de rezistență foarte scăzut - 0,45. Pe de altă parte, imaginați-vă dacă un avion avea aripi ascuțite, cutii, în formă de prismă. Aceste aripi ar genera mult mai multe fricțiuni, deoarece nu ar trece fără o mare rezistență. De fapt, prismele au un coeficient de tracțiune mai mare decât volanele - aproximativ 1,14.
   • Obiectele cu „fluxuri” de corp mai mari și mai mari generează, în general, mai multă tracțiune decât alte obiecte. Pe de altă parte, obiectele cu curgeri simplificate ale corpului sunt înguste, au margini rotunjite și, de obicei, se reduc spre partea din spate a obiectului - ca și corpul unui pește.
4. 4 Folosiți un material mai puțin permeabil. Unele tipuri de materiale sunt permeabile la fluide. Cu alte cuvinte, au găuri în care fluidul poate trece. Acest lucru reduce efectiv zona obiectului pe care fluidul este capabil să îl împingă, scăzând forța de tracțiune. Această proprietate este valabilă chiar dacă găurile sunt microscopice - atâta timp cât găurile sunt suficient de mari pentru a lăsa o parte din fluid să treacă prin obiect, tragerea va fi redusă. Acesta este motivul pentru care parașutele, care sunt concepute pentru a crea o mulțime de tracțiune pentru a încetini viteza de cădere a utilizatorului, sunt realizate din mătase puternică, ușoară sau din nailon și nu din filtru de brânză sau cafea.
   • Pentru un exemplu al acestei proprietăți în acțiune, luați în considerare faptul că o paletă de ping pong poate fi rotită mai repede dacă sunt găurite câteva găuri în ea. Găurile lasă aerul să treacă pe măsură ce paleta este oscilată, reducând foarte mult rezistența și permițând paletei să se miște mai repede.
5. 5 Măriți viteza obiectului. În cele din urmă, indiferent de forma unui obiect sau de cât de permeabil este materialul din care este făcut, tragerea pe care o creează va crește întotdeauna pe măsură ce merge mai repede. Cu cât un obiect merge mai repede, cu atât trebuie să se deplaseze mai fluid și, astfel, cu cât trăiește mai mult. Obiectele care se mișcă la viteze foarte mari pot avea fricțiuni foarte mari datorită tragerii, astfel încât aceste obiecte trebuie, de obicei, să fie foarte raționale sau se vor destrăma sub forța tragerii.
   • De exemplu, luați în considerare Lockheed SR-71 „Blackbird”, un avion experimental spion construit în timpul războiului rece. Blackbird, care ar putea zbura la viteze mai mari decât mach 3.2, a experimentat forțe extreme de tracțiune la aceste viteze mari, în ciuda designului său raționalizat - suficient de extrem, de fapt, încât fuselajul metalic al avionului s-ar extinde de fapt din căldura generată de fricțiunea aerului la mijlocul zborului.
   Publicitate

Întrebări și răspunsuri ale comunității

• Întrebare Există vreun material care are mai multe fricțiuni decât altele?Bess Ruff, MA
  Bess Ruff, om de știință în domeniul mediului, este doctorand în geografie la Florida State University. A obținut masteratul în științe și management al mediului de la Universitatea din California, Santa Barbara în 2016. A realizat lucrări de cercetare pentru proiecte de amenajare a spațiului marin din Caraibe și a oferit sprijin pentru cercetare ca absolvent al Sustainable Fisheries Group.Bess Ruff, MARăspunsul expertului în mediul științific O modalitate bună de a înțelege mai bine ce materiale au mai multe frecări decât altele este să consultați un tabel care conține coeficienți de frecare pentru materialele obișnuite. Alternativ, vă puteți gândi la două materiale și puteți căuta pe internet coeficienții de frecare pentru a vedea care dintre acestea are un potențial de frecare mai mare.
• Întrebare Cum crește viteza fricțiunea? Cu cât un obiect merge mai repede, cu atât trebuie să se deplaseze mai multă materie (gaz sau lichid) și, prin urmare, cu atât este mai mare trăirea.
• Întrebare Care sunt cele trei metode de creștere a frecării? Cele trei metode de creștere a frecării sunt: ​​1.) Prin aplicarea unei forțe mai mari obiectului, 2.) Prin creșterea masei obiectului care provoacă frecare și 3.) Prin crearea unui punct de contact mai aspru.
• Întrebare Ce crește fricțiunea? Mai mult cereale pe o suprafață crește de obicei frecarea. Acesta este motivul pentru care oamenii se asigură că bărcile și avioanele sunt cât mai netede posibil.
• Întrebare Cum reduc forțele de frecare? Prin lustruire și / sau utilizarea lubrifianților /
• Întrebare Care sunt două suprafețe care ar crește frecarea? Hârtia de șlefuit și piatra aspră ar crește frecarea. În general, există mai multe fricțiuni atunci când o suprafață este mai degrabă rugoasă decât netedă.
• Întrebare Cum pot crește cantitatea de forță utilizată? Jonathan Ogutu Pentru a crește cantitatea de forță utilizată, pur și simplu creșteți cantitatea de presiune pe care o aplicați atunci când interacționați cu corpul.
• Întrebare Ce este „frictiv?” Nu este în dicționar. Michael Wang Frictiv, conform Wikționarului, înseamnă „De, legat de sau cauzat de frecare”.
• Întrebare O pardoseală netedă și lustruită crește frecarea? Nu, nu, dar va ajuta la scăderea frecării, astfel încât să faceți suprafața aspră netedă. Suprafețele aspre cresc fricțiunea, în timp ce suprafețele netede o scad.
• Întrebare Care sunt metodele de reducere a frecării? Pentru a reduce fricțiunea, puteți face suprafața mai netedă, face obiectele mai raționalizate sau reduce forțele care acționează pe suprafețe.