Jak zwiększyć tarcie

Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego twoje ręce się nagrzewają, gdy szybko je pocierasz, lub dlaczego pocieranie dwóch patyków może w końcu wywołać pożar? Odpowiedzią jest tarcie! Kiedy dwie powierzchnie ocierają się o siebie, w naturalny sposób przeciwstawiają się wzajemnym ruchom na mikroskopijnym poziomie. Ten opór może spowodować uwolnienie energii w postaci ciepła, ogrzanie dłoni, rozpalenie ognia i tak dalej. Im większe tarcie, tym więcej uwalnianej energii, więc wiedza o tym, jak zwiększyć tarcie między ruchomymi częściami w układzie mechanicznym, może potencjalnie pozwolić na wygenerowanie dużej ilości ciepła!

Kroki

metoda jeden z 2: Tworzenie bardziej sztywnej powierzchni

1. jeden Stwórz „bardziej szorstki” lub bardziej przyczepny punkt styku. Kiedy dwa materiały ślizgają się lub ocierają o siebie, mogą się zdarzyć trzy rzeczy: małe zakamarki, wgłębienia i nierówności powierzchni mogą się o siebie zaczepiać; jedna lub obie powierzchnie mogą się odkształcać w odpowiedzi na ruch; i wreszcie atomy na każdej powierzchni mogą ze sobą oddziaływać. Ze względów praktycznych wszystkie te trzy efekty powodują to samo: generują tarcie. Zbieranie powierzchni, które są ścierne (jak papier ścierny), odkształcają się po dociśnięciu (jak guma) lub mają adhezyjne interakcje z innymi powierzchniami (jak lepki klej itp.) To prosty sposób na zwiększenie tarcia.
   • Podręczniki inżynierskie i podobne zasoby mogą być świetnymi narzędziami podczas wybierania materiałów, które mają generować wysokie tarcie. Większość standardowych materiałów budowlanych ma znane „współczynniki tarcia” - to znaczy miary tarcia, jakie generują one z innymi powierzchniami. Współczynniki tarcia ślizgowego dla zaledwie kilku popularnych materiałów są wymienione poniżej (wyższe współczynniki oznaczają większe tarcie):
   • Aluminium na aluminium: 0,34
   • Drewno na drewnie: 0,129
   • Suchy beton na gumie: 0,6-0,85
   • Mokry beton na gumie: 0,45-0,75
   • Lód na lodzie: 0,01
2. 2 Dociśnij dwie powierzchnie mocniej do siebie. Jedną z fundamentalnych zasad fizyki jest to, że tarcie, jakiego doświadcza obiekt, jest proporcjonalne do jego normalnej siły (dla naszych celów jest to w zasadzie siła, z jaką naciska na obiekt, po którym się ślizga). Oznacza to, że tarcie między dwiema powierzchniami można zwiększyć, jeśli powierzchnie są dociskane do siebie z większą siłą.
   • Jeśli kiedykolwiek używałeś zestawu hamulców tarczowych (na przykład w samochodzie lub rowerze), zaobserwowałeś tę zasadę w działaniu. W takim przypadku naciśnięcie hamulców w samochodzie wciska zestaw klocków generujących tarcie w metalowe tarcze przymocowane do kół. Im mocniej naciskane są hamulce, tym mocniej klocki są wciskane w tarcze i tym większe jest tarcie. Może to szybko zatrzymać pojazd, ale może również spowodować wydzielanie dużej ilości ciepła, dlatego po gwałtownym hamowaniu zestaw hamulców jest zwykle dość gorący. W rowerze klocki hamulcowe naciskają na metalową ramę opony, aby zapobiec ich obracaniu.
3. 3 Zatrzymaj ruch względny. Oznacza to, że jeśli jedna powierzchnia porusza się względem drugiej, zatrzymaj ją. Do tej pory skupialiśmy się na kinetyczny (lub „ślizgowe”) tarcie - tarcie, które występuje między dwoma przedmiotami lub powierzchniami, gdy ocierają się o siebie. W rzeczywistości to tarcie różni się od statyczny tarcie - tarcie, które występuje, gdy jeden obiekt zaczyna się poruszać przeciwko drugiemu. Zasadniczo tarcie między dwoma obiektami jest największe, kiedy zaczynają się poruszać względem siebie. Gdy już są w ruchu, tarcie spada. Jest to jeden z powodów, dla których trudniej jest zacząć pchać ciężki przedmiot, niż go dalej przesuwać.
   • Przeprowadź ten prosty eksperyment, aby zaobserwować różnicę między tarciem statycznym i kinetycznym: umieść krzesło lub inny mebel na gładkiej podłodze w domu (nie na dywanie lub dywanie). Upewnij się, że meble nie mają ochronnych „podkładek” ani żadnego innego rodzaju materiału na spodzie, który mógłby ułatwić przesuwanie się po podłodze. Spróbuj popchnąć meble właśnie wystarczająco mocno, aby zaczął się poruszać. Należy zauważyć, że gdy tylko mebel zacznie się poruszać, od razu staje się nieco łatwiejszy do popchnięcia. Dzieje się tak, ponieważ tarcie kinetyczne między meblami a podłogą jest mniejsze niż tarcie statyczne.
4. 4 Usuń smar spomiędzy dwóch powierzchni. Smary, takie jak olej, smar, wazelina itp., Mogą znacznie zmniejszyć tarcie między dwoma obiektami lub powierzchniami. Dzieje się tak, ponieważ tarcie między dwoma ciałami stałymi jest na ogół znacznie wyższe niż tarcie między tymi ciałami stałymi a cieczą między nimi. Aby zwiększyć tarcie, spróbuj usunąć wszelkie smary z równania, używając tylko „suchych”, niezasmarowanych części do generowania tarcia.
   • Aby zobaczyć potencjał lubrykantów zmniejszających tarcie, wypróbuj ten prosty eksperyment: potrzyj ręce, jakby były zimne, i zechcesz je rozgrzać. Powinieneś natychmiast zauważyć, że nagrzewają się od tarcia. Następnie nałóż sporą ilość balsamu na dłonie i spróbuj tego samego. Nie tylko powinno być łatwiejsze szybkie pocierać dłonie o siebie, ale również powinno być znacznie mniej ciepła.
5. 5 Zdejmij koła lub łożyska, aby wytworzyć tarcie ślizgowe. Koła, łożyska i inne obiekty „toczące się” podlegają szczególnemu rodzajowi tarcia zwanego tarciem tocznym. To tarcie jest prawie zawsze dużo mniejsze niż tarcie generowane przez zwykłe przesuwanie równoważnego przedmiotu po podłożu. - Dlatego te obiekty mają tendencję do toczenia się, a nie ślizgania się po ziemi. Aby zwiększyć tarcie w układzie mechanicznym, spróbuj zdjąć koła, łożyska i tak dalej, aby części ocierały się o siebie zamiast toczyć o siebie.
   • Weźmy na przykład pod uwagę różnicę między ciągnięciem ciężkiego ciężaru po ziemi w wagonie a ciągnięciem podobnego ciężaru na sankach. Wagon ma koła, więc jest łatwiejszy do ciągnięcia niż sanki, które ciągną się po ziemi, generując duże tarcie ślizgowe.
6. 6 Zwiększyć lepkość płynu. Nie tylko ciała stałe mogą generować tarcie. Płyny (ciecze i gazy, takie jak odpowiednio woda i powietrze) również mogą generować tarcie. Wielkość tarcia, jakie generuje płyn, gdy przechodzi w ciało stałe, zależy od kilku czynników. Jednym z najłatwiejszych do kontrolowania jest lepkość płynu - czyli tak zwana „gęstość”. Ogólnie rzecz biorąc, płyny o dużej lepkości (takie, które są „gęste”, „lepkie” itp.) Generują większe tarcie niż płyny o mniejszej lepkości (takie, które są „gładkie” i „płynne”).
   • Na przykład, weź pod uwagę różnicę w wysiłku, jakiego możesz doświadczyć podczas przedmuchiwania wody przez słomkę w porównaniu z miodem przez słomkę. Woda, która nie jest zbyt lepka, jest bardzo łatwa do zassania i wydmuchania ze słomy. Z drugiej strony miód jest nieco trudniejszy do przejścia przez słomkę. Dzieje się tak, ponieważ wysoka lepkość miodu generuje duże tarcie rezystancyjne, gdy jest przepychany przez wąską rurkę jak słomka.
   Reklama

metoda 2 z 2: Zwiększanie oporu płynu

1. jeden Zwiększyć lepkość płynu. Medium, przez które porusza się obiekt, wywiera siłę na jego powierzchnię, która w sumie składa się na siłę tarcia działającą na przedmiot. Im gęstszy jest płyn (bardziej lepki), tym wolniej obiekt pod działaniem danej siły będzie się przez niego przemieszczał. Na przykład marmur spadnie szybciej w powietrzu niż woda, a przez wodę szybciej niż melasa.
   • Lepkość większości płynów można zwiększyć obniżając temperaturę płynu. Na przykład marmur opada wolniej przez zimną melasę niż melasa w temperaturze pokojowej.
2. 2 Zwiększyć obszar wystawiony na działanie powietrza. Jak wspomniano powyżej, płyny takie jak woda i powietrze mogą generować tarcie, gdy poruszają się po ciałach stałych. Siła tarcia, jakiej doświadcza obiekt podczas przemieszczania się przez płyn, nazywana jest oporem (czasami określa się to jako „opór powietrza”, „opór wody” itp.). Jedną z właściwości oporu jest to, że obiekty o większych profilach lub powierzchni, do płynu, gdy przez niego przepływają - mają większy opór. Płyn ma więcej całkowitej przestrzeni do odpychania, co zwiększa tarcie obiektu, gdy przez niego przechodzi.
   • Na przykład, powiedzmy, że kamyk i kartka papieru ważą jeden gram. Jeśli upuścimy oba jednocześnie, kamyk spadnie prosto na podłogę, a papier będzie powoli opadał na ziemię. Na tym polega zasada działania oporu - powietrze naciska na dużą, szeroką powierzchnię papieru, wytwarzając opór i powodując, że przepływa on w powietrzu znacznie wolniej niż kamyk, który ma stosunkowo małą powierzchnię przekroju.
3. 3 Użyj kształtu o większym współczynniku oporu. Podczas gdy pole przekroju poprzecznego obiektu jest dobre generał wskazanie, jak duży będzie opór, w rzeczywistości obliczenia oporu są nieco bardziej skomplikowane. Różne kształty oddziałują z płynami na różne sposoby, gdy przez nie przechodzą - oznacza to, że niektóre kształty (na przykład płaskie płyty) mogą mieć większy opór niż inne kształty (na przykład kule) wykonane z tej samej ilości materiału. Ponieważ wielkość, która mierzy względną wielkość oporu wywieranego przez kształt, nazywana jest „współczynnikiem oporu”, kształty o dużym oporze mają mieć duży współczynnik oporu.
   • Na przykład rozważmy skrzydło samolotu. Kształt typowego skrzydła samolotu nazywa się płat . Ten kształt, który jest gładki, wąski, zaokrąglony i elegancki, łatwo przechodzi przez powietrze. Posiada bardzo niski współczynnik oporu powietrza - 0,45. Z drugiej strony, wyobraź sobie, że samolot miałby kanciaste skrzydła o ostrych krawędziach w kształcie graniastosłupa. Te skrzydła generowałyby znacznie większe tarcie, ponieważ nie przechodziłyby bez dużego oporu. W rzeczywistości pryzmaty mają większy współczynnik oporu powietrza niż płaty - około 1,14.
   • Obiekty z większymi, bokserskimi „przepływami ciała” generalnie generują większy opór niż inne obiekty. Z drugiej strony obiekty o opływowych przepływach ciała są wąskie, mają zaokrąglone krawędzie i zwykle zwężają się w kierunku tylnej części obiektu - jak ciało ryby.
4. 4 Użyj mniej przepuszczalnego materiału. Niektóre rodzaje materiałów przepuszczają płyny. Innymi słowy, mają w sobie dziury, przez które może przepływać płyn. Skutecznie zmniejsza to obszar przedmiotu, na który płyn może się odepchnąć, zmniejszając siłę oporu. Ta właściwość jest prawdą, nawet jeśli otwory są mikroskopijne - tak długo, jak otwory są wystarczająco duże, aby pozwolić części cieczy przejść przez obiekt, opór zostanie zmniejszony. Dlatego spadochrony, które są zaprojektowane tak, aby powodować duży opór, aby spowolnić prędkość upadku użytkownika, są wykonane z mocnego, lekkiego jedwabiu lub nylonu, a nie z gazy lub filtrów do kawy.
   • Jako przykład tej właściwości w akcji, weź pod uwagę fakt, że wiosłem do ping ponga można obracać szybciej, jeśli wywierci się w nim kilka otworów. Otwory przepuszczają powietrze, gdy wiosło jest obracane, znacznie zmniejszając opór i umożliwiając szybsze poruszanie się wiosła.
5. 5 Zwiększ prędkość obiektu. Wreszcie, bez względu na kształt obiektu lub przepuszczalność materiału, z którego jest wykonany, opór, który tworzy, zawsze będzie wzrastał, gdy będzie się poruszał szybciej. Im szybciej obiekt porusza się, tym bardziej płynnie musi przez niego przejść, a tym samym tym większy opór odczuwa. Obiekty poruszające się z bardzo dużą prędkością mogą doświadczać bardzo dużego tarcia z powodu oporu, więc te obiekty zwykle muszą być bardzo opływowe, inaczej rozpadną się pod wpływem siły oporu.
   • Weźmy na przykład Lockheed SR-71 „Blackbird”, eksperymentalny samolot szpiegowski zbudowany podczas zimnej wojny. Blackbird, który mógł latać z prędkością większą niż 3,2 macha, doświadczał ekstremalnych sił oporu przy tych dużych prędkościach pomimo swojej opływowej konstrukcji - na tyle ekstremalnych, że metalowy kadłub samolotu faktycznie rozszerzałby się pod wpływem ciepła wytwarzanego przez tarcie powietrza w trakcie lotu.
   Reklama

Pytania i odpowiedzi społeczności

• Pytanie Czy jest jakiś materiał, który ma większe tarcie niż inne?Bess Ruff, MA
  Naukowiec środowiska Bess Ruff jest doktorantką geografii na Florida State University. W 2016 r. Uzyskała tytuł magistra nauk o środowisku i zarządzania na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara. Prowadziła prace geodezyjne przy projektach planowania przestrzennego obszarów morskich na Karaibach oraz jako absolwentka grupy Sustainable Fisheries Group zapewniała wsparcie badawcze.Bess Ruff, MAOdpowiedź eksperta naukowca ds. Środowiska Dobrym sposobem uzyskania lepszego zrozumienia, które materiały mają większe tarcie niż inne, jest skorzystanie z tabeli zawierającej współczynniki tarcia dla popularnych materiałów. Alternatywnie możesz pomyśleć o dwóch materiałach i poszukać w Internecie ich współczynników tarcia, aby zobaczyć, który z nich ma większy potencjał tarcia.
• Pytanie W jaki sposób prędkość zwiększa tarcie? Im szybciej obiekt porusza się, tym więcej materii (gazu lub cieczy) musi przejść, a tym samym tym większy opór, którego doświadcza.
• Pytanie Jakie są trzy metody zwiększania tarcia? Trzy metody zwiększania tarcia to: 1.) przez przyłożenie większej siły do ​​obiektu, 2.) przez zwiększenie masy przedmiotu, który powoduje tarcie, oraz 3.) przez utworzenie bardziej szorstkiego punktu styku.
• Pytanie Co zwiększa tarcie? Więcej ziarna na powierzchni zwykle zwiększa tarcie. Dlatego ludzie dbają o to, aby łodzie i samoloty były jak najbardziej płynne.
• Pytanie Jak zmniejszyć siły tarcia? Przez polerowanie i / lub stosowanie smarów /
• Pytanie Jakie są dwie powierzchnie, które zwiększają tarcie? Papier ścierny i szorstki kamień zwiększyłyby tarcie. Ogólnie rzecz biorąc, tarcie jest większe, gdy powierzchnia jest szorstka, a nie gładka.
• Pytanie Jak mogę zwiększyć ilość używanej siły? Jonathan Ogutu Aby zwiększyć siłę, która jest używana, po prostu zwiększ nacisk, jaki wywiera się podczas interakcji z ciałem.
• Pytanie Co to jest „tarcie”? Nie ma tego w słowniku. Michael Wang Frykcyjny, zgodnie z Wikisłownikiem, oznacza „Od, związany z tarciem lub spowodowany przez tarcie”.
• Pytanie Czy gładka, wypolerowana podłoga zwiększa tarcie? Nie, nie pomaga, ale pomoże zmniejszyć tarcie, dzięki czemu szorstka powierzchnia będzie gładka. Szorstkie powierzchnie zwiększają tarcie, podczas gdy gładkie powierzchnie je zmniejszają.
• Pytanie Jakie są metody zmniejszania tarcia? Aby zmniejszyć tarcie, możesz wygładzić powierzchnię, sprawić, że obiekty będą bardziej opływowe lub zmniejszyć siły działające na powierzchnie.