Kodėl trintis priklauso nuo šiurkštumo?
Trumpas atsakymas: Trintis priklauso nuo šiurkštumo, nes maži paviršių iškilimai liečiasi ir vienas į kitą įsikimba. Kuo daugiau ar skirtingi iškilimai, tuo daugiau kontaktinių taškų ir kiek stipriai jie sulimpa ar susitraukia, tuo labiau keičiasi slydimo jėga.
Pagrindinė mintis
Atidžiau įsižiūrėjus, kiekvienas paviršius turi mažyčių iškilimų ir įdubimų, vadinamų nelygumais. Kai du paviršiai liečiasi, iš tikrųjų susitinka tik tų iškilimų viršūnės. Šiurkštesni paviršiai paprastai turi daugiau ir didesnių iškilimų, todėl jie gali labiau susijungti ir apsunkinti slydimą.
Tačiau tai ne tik matomas šiurkštumas. Lygūs paviršiai gali liestis tolygiau ir sukibti dėl mažų jėgų tarp atomų. Šis sukibimas (sukibimas) gali sukelti didelę trintį, net jei paviršius atrodo lygus.
Be to, kai kietas iškilimas įsminga į minkštesnį paviršių (arimas), tempiama medžiaga apsunkina slydimą. Tepalai arba mažos dulkių dalelės gali pakeisti, kuris efektas laimi. Taigi šiurkštumas keičia trintį, keisdamas sąlyčio taškų skaičių, kaip tos vietos spaudžiasi ir ar jos prilimpa, ar įsminga.
Norintiems suprasti tiksliau
Įvardyti dėsniai / principai: Poveikio/dėsnio pavadinimas: Amontono trinties dėsniai ir realaus sąlyčio bei sukibimo ploto vaidmuo.
Trintis yra varžos jėga, kuri priešinasi judėjimui, kai du paviršiai spaudžiasi ir slysta vienas kito atžvilgiu. Klasikiniai dėsniai (dažnai vadinami Amontono dėsniais) teigia, kad slydimo trintis yra maždaug proporcinga normaliai jėgai (kiek stipriai paviršiai spaudžiami vienas į kitą) ir yra gana nepriklausoma nuo tariamo sąlyčio ploto. Taip yra todėl, kad tik labai maža paviršiaus ploto dalis iš tikrųjų liečiasi mikroskopiniuose iškilimuose.
Tikrasis sąlyčio plotas – tų mažyčių liečiamųjų taškų suma – ir sukibimo jėgos tarp atomų lemia, koks didelis tampa trinties jėga. Šiurkštumas turi įtakos tiek šių sąlyčio taškų skaičiui, tiek formai, tiek tam, ar vyksta arimas (vienas paviršius įsminga į kitą). Lygūs paviršiai kartais gali turėti didesnę trintį, jei jie daro didelį realų sąlytį ir stipriai prilimpa, o labai šiurkštūs paviršiai gali sumažinti sąlyčio plotą arba padidinti sukibimą, priklausomai nuo medžiagų ir tepimo.
Kaip mes tai žinome: Mokslininkai matuoja slydimo jėgas blokais ir spyruoklinėmis svarstyklėmis, o mikroskopus ir paviršiaus zondus naudoja mikroskopams ir paviršiaus zondams, kad matytų mikroskopinius sąlyčius. Jie taip pat išbando skirtingus šiurkštumus ir naudoja mašinas normaliai jėgai valdyti, kad palygintų rezultatus.
Pavyzdžiai gamtoje
- Stumti dėžę per nelygias betonines grindis yra sunkiau nei per lygias plyteles, nes betono nelygumai labiau užkabina dėžę.
- Švitrinis popierius sulėtina medieną labiau nei smulkus popierius, nes stambus grūdelis turi didesnius nelygumus, kurie įsiskverbia.
- Dviračio padanga gerai sukimba su nelygiu keliu; ant labai lygaus ledo padanga slysta, nes yra mažai mechaninio sukibimo.
- Tepalas tarp metalinių dalių gali jas lengvai slysti, užpildydamas įdubimus ir sumažindamas tiesioginį sąlytį su nelygumais.
Namų Darbai
Trintis su skirtingais švitriniais popieriais
Sauga: Būkite atsargūs, kad smulkios dalys nenukristų; traukdami laikykite pirštus atokiau.
Priemonės
- medinis blokelis
- spyruoklinis žvynas (arba žuvų žvynas)
- šiurkštus švitrinis popierius
- smulkus švitrinis popierius
- lipni juosta
- liniuotė
Žingsniai
- Pritvirtinkite šiurkštų švitrinį popierių prie plokščio stalo lipnia juosta ir pritvirtinkite medinį blokelį prie spyruoklinio žvyno.
- Traukite blokelį pastoviu greičiu ir užrašykite jėgą, reikalingą jam slysti.
- Pakartokite su smulkiu švitriniu popieriumi ir ant pliko stalo paviršiaus.
- Palyginkite kiekvienam paviršiui išmatuotas jėgas. Ką tai rodo: skirtingas paviršiaus šiurkštumas keičia, kiek jėgos reikia norint pastumti objektą.
Žodynas
- Šiurkštumas: mažas iškilimas arba iškilimas paviršiuje, kuris iš tikrųjų liečiasi su kitu paviršiumi.
- Trinties koeficientas: skaičius, rodantis, kiek trintis du paviršiai sukuria veikiant tam tikrai normaliai jėgai.
- Normali jėga: stūmimas tiesiai žemyn tarp dviejų paviršių (dažnai dėl svorio).
- Sukibimas: mažos sukibimo jėgos tarp medžiagų sąlyčio vietose.
Atsakymai į klausimus
Ar šiurkštumas visada reiškia didesnę trintį?
Ne – tai priklauso nuo medžiagų ir ar nelygumai sukelia didesnį sukibimą, ar mažesnį tikrą kontaktą.
Kodėl lygūs daiktai kartais prilimpa?
Lygūs paviršiai gali liestis didesniame plote, o atomai gali sulipti, todėl trintis gali būti didelė.
Ar galime pakeisti trintį poliruodami ar šiurkštindami paviršius?
Taip, šiurkštumo keitimas, tepalo pridėjimas ar medžiagų keitimas – visa tai keičia trintį.