Zawartość

• Do kroku
• Metoda 1 z 2: Tworzenie bardziej szorstkiej powierzchni
• Metoda 2 z 2: Zwiększyć opór w cieczy lub gazie
• Ostrzeżenia

Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, dlaczego twoje ręce się nagrzewają, gdy szybko je pocierasz, lub dlaczego możesz właściwie rozpalić ogień, pocierając o siebie dwa patyczki? Odpowiedzią jest tarcie! Gdy dwie powierzchnie ocierają się o siebie, przeciwdziałają sobie nawzajem na mikroskopijnym poziomie. Ten opór wygeneruje energię w postaci ciepła, której możesz użyć do ogrzania dłoni, rozpalenia ognia itp. Im większe tarcie, tym więcej energii zostanie uwolnione, więc wiedz, jak zwiększyć tarcie między dwoma poruszającymi się. części w układzie mechanicznym w zasadzie dają możliwość generowania dużej ilości ciepła!

Do kroku

Metoda 1 z 2: Tworzenie bardziej szorstkiej powierzchni

1. Twórz bardziej „szorstkie” lub lepkie punkty kontaktowe. Kiedy dwa materiały ślizgają się lub ocierają o siebie, mogą się zdarzyć trzy rzeczy: małe rogi, pęknięcia i nierówności na powierzchni mogą zostać złapane; jedna lub obie powierzchnie mogą się odkształcać w odpowiedzi na ruch; i ostatecznie atomy na dowolnej powierzchni mogą zacząć ze sobą oddziaływać. Ze względów praktycznych wszystkie trzy robią to samo: powodują tarcie. Wyrywanie powierzchni, które są ścierne (jak papier ścierny), odkształcają się (jak guma) lub lepkie (jak klej itp.) To łatwy sposób na zwiększenie tarcia.
   • Podręczniki techniczne i podobne zasoby mogą być świetną pomocą przy wyborze materiałów do zastosowania w celu zwiększenia tarcia. Większość standardowych materiałów budowlanych ma znany „współczynnik tarcia” - to znaczy miarę tego, jak duże tarcie jest generowane wraz z innymi powierzchniami. Współczynniki tarcia tylko dla kilku znanych materiałów są wymienione poniżej (wyższa wartość oznacza wyższe 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. Dociśnij dwie powierzchnie mocniej do siebie. Podstawowa definicja w fizyce mówi, że tarcie, któremu poddawany jest obiekt, jest proporcjonalne do siły normalnej (dla naszego celu siła ta jest równa tej, z jaką obiekt napiera na drugi). Oznacza to, że tarcie między dwiema powierzchniami może wzrosnąć, jeśli powierzchnie zostaną dociśnięte do siebie z większą siłą.
   • Jeśli kiedykolwiek używałeś tarcz hamulcowych (na przykład w samochodzie lub rowerze), to widziałeś tę zasadę w działaniu. W tym przypadku, naciskając hamulce, zestaw klocków generujących tarcie jest dociskany do metalowych tarcz, które są przymocowane do kół. Im mocniej naciskasz hamulce, tym mocniej klocki będą dociskane do tarcz i będzie większe tarcie. Pozwala to na szybkie zatrzymanie pojazdu, ale jednocześnie uwalnia bardzo dużo ciepła, przez co często układy hamulcowe po gwałtownym hamowaniu są bardzo gorące.
3. Zatrzymaj jakikolwiek ruch względny. Oznacza to, że jeśli jedna powierzchnia porusza się względem drugiej, zatrzymujesz ją. Do tej pory skupialiśmy się na dynamiczny (lub „ślizgowe”) tarcie - tarcie, które występuje, gdy dwa obiekty lub powierzchnie ocierają się o siebie. W rzeczywistości ta forma tarcia różni się od statyczny tarcie - tarcie, które występuje, gdy obiekt zaczyna się poruszać w stosunku do innego obiektu. Zasadniczo tarcie między dwoma obiektami jest największe, gdy zaczynają się poruszać względem siebie. Gdy są w ruchu, tarcie zmniejsza się. Jest to jeden z powodów, dla których trudno jest poruszyć ciężki przedmiot, niż go utrzymać.
   • Aby zaobserwować różnicę między tarciem statycznym i dynamicznym, przeprowadź następujący prosty eksperyment: Umieść krzesło lub inny mebel na gładkiej podłodze w domu (nie na dywanie lub dywanie). Upewnij się, że mebel nie ma żadnych „kołków” ochronnych na spodzie lub innego rodzaju materiału, który ułatwi przesuwanie się po podłodze. Wypróbuj meble właśnie naciskać wystarczająco mocno, aby zaczął się poruszać. Należy zauważyć, że gdy mebel zacznie się poruszać, od razu staje się znacznie łatwiejszy do popchnięcia. Dzieje się tak, ponieważ tarcie dynamiczne między meblami a podłogą jest mniejsze niż tarcie statyczne.
4. Usunąć płyny spomiędzy powierzchni. Ciecze, takie jak olej, smar, wazelina itp., Mogą znacznie zmniejszyć tarcie między przedmiotami a powierzchniami. Dzieje się tak, ponieważ tarcie między dwoma ciałami stałymi jest zwykle znacznie wyższe niż między ciałami stałymi a cieczą pomiędzy nimi. Aby zwiększyć tarcie, można usunąć wszystkie możliwe płyny z równania, przy czym tylko „suche” części powodują tarcie.
   • Przeprowadź następujący prosty eksperyment, aby zorientować się, w jakim stopniu płyny mogą zmniejszyć tarcie: Potrzyj ręce, jeśli są zimne i chcesz je ogrzać. Powinieneś być w stanie od razu zauważyć, że stają się cieplejsze od pocierania. Następnie nałóż sporą ilość balsamu na dłonie i spróbuj powtórzyć to samo. Nie tylko powinno być łatwiej szybko pocierać dłonie, ale także zauważysz, że stają się mniej gorące.
5. Usuń koła lub wsporniki, aby stworzyć tarcie ślizgowe. Koła, nośniki i inne obiekty „toczące się” podlegają szczególnemu rodzajowi tarcia zwanego tarciem tocznym. To tarcie jest prawie zawsze mniejsze niż tarcie generowane przez przesuwanie tego samego obiektu po ziemi. - Dlatego te obiekty mają tendencję do toczenia się, a nie ślizgania się po ziemi. Aby zwiększyć tarcie w układzie mechanicznym, można zdjąć koła, wsporniki itp. Tak, aby części ślizgały się względem siebie, a nie toczyły.
   • Weźmy na przykład pod uwagę różnicę między ciągnięciem ciężkiego ciężaru po ziemi w wagonie a równoważnym ciężarem w wagonie. Wagon ma koła, więc jest łatwiejszy do ciągnięcia niż wózek, który ciągnie się po ziemi, generując duże tarcie ślizgowe.
6. Zwiększyć lepkość. Nie tylko obiekty stałe mogą powodować tarcie. Substancje ciekłe (ciecze i gazy, takie jak odpowiednio woda i powietrze) również mogą powodować tarcie. Wielkość tarcia, które wytwarza ciecz, gdy przepływa obok ciała stałego, zależy od kilku czynników. Jedną z najłatwiejszych do kontrolowania jest lepkość - to właśnie nazywa się potocznie „grubością”. Ogólnie rzecz biorąc, ciecze o dużej lepkości (te „gęste”, „lepkie” itp.) Będą powodować większe tarcie niż ciecze o mniejszej lepkości (te są „gładkie” i „płynne”).
   • Na przykład, zastanów się nad różnicą w wysiłku, jaki będziesz musiał wykonać, przedmuchując wodę przez słomkę, a nie miodu przez słomkę. Woda nie jest zbyt lepka i łatwo przepływa przez słomkę. Miód jest znacznie trudniejszy do przedmuchania przez słomkę. Dzieje się tak, ponieważ wysoka lepkość miodu generuje duży opór, a tym samym tarcie, gdy jest przedmuchiwany przez wąską rurkę, taką jak słomka.

Metoda 2 z 2: Zwiększyć opór w cieczy lub gazie

1. Zwiększyć lepkość cieczy. Medium, przez które przemieszcza się przedmiot, wywiera na obiekt siłę, która jako całość usiłuje znieść siłę tarcia działającą na przedmiot. Im gęstsza jest ciecz (a zatem bardziej lepka), tym wolniej obiekt będzie się poruszał przez tę ciecz pod wpływem danej siły. Na przykład: marmur spadnie przez powietrze znacznie szybciej niż przez wodę i przez wodę szybciej niż przez syrop.
   • Lepkość większości cieczy można zwiększyć obniżając temperaturę. Na przykład: marmur spada wolniej przez zimny syrop niż przez syrop w temperaturze pokojowej.
2. Zwiększyć obszar wystawiony na działanie powietrza. Jak wskazano powyżej, substancje ciekłe, takie jak woda i powietrze, mogą generować tarcie, gdy przepływają obok ciał stałych. Siła tarcia, jakiej doświadcza obiekt podczas przemieszczania się przez substancję ciekłą, nazywana jest oporem (w zależności od medium jest to również nazywane „oporem powietrza”, „oporem wody” itp.). Jedną z właściwości oporu jest to, że obiekt o większym przekroju - to znaczy obiekt o większym profilu, gdy porusza się w cieczy - doświadcza większego oporu. Daje to cieczy większą powierzchnię do odpychania, co zwiększa tarcie obiektu, gdy przez niego przechodzi.
   • Załóżmy, że każdy kamyk i kartka papieru ważą jeden gram. Jeśli pozwolimy obojgu spaść w tym samym czasie, kamyk spadnie prosto w dół, podczas gdy kartka papieru będzie powoli wirować w dół. To tutaj widać opór powietrza w akcji - powietrze naciska na dużą, szeroką powierzchnię papieru powodując opór, a papier spada znacznie wolniej niż kamyczek, który ma stosunkowo wąski przekrój.
3. Wybierz kształt z większym oporem. Chociaż przekrój obiektu jest dobry generał jest wskazaniem wielkości rezystora, w rzeczywistości obliczenia rezystora są o wiele bardziej skomplikowane. Różne kształty w różny sposób zachowują się w płynach, przez które przechodzą - oznacza to, że niektóre kształty (np. Płaskie płytki) są bardziej wytrzymałe niż inne (np. Kule) wykonane z tego samego materiału. Ponieważ miara względnej wielkości oporu powietrza jest również nazywana „współczynnikiem oporu powietrza”, mówi się, że kształty o dużym oporze powietrza mają wyższy współczynnik oporu.
   • Weźmy na przykład skrzydła samolotu. Kształt typowego skrzydła samolotu nazywa się a płat. Ten gładki, wąski i zaokrąglony kształt z łatwością porusza się w powietrzu. Współczynnik oporu powietrza jest bardzo niski - 0,45. Z drugiej strony możesz sobie wyobrazić, że skrzydło ma ostre kąty, ma kształt klocka lub wygląda jak pryzmat. Te skrzydła generują dużo większe tarcie, ponieważ generują duży opór podczas lotu. Pryzmaty mają więc większy współczynnik oporu powietrza niż profile skrzydeł - około 1,14.
4. Spraw, aby obiekt był mniej opływowy. Innym zjawiskiem związanym z różnymi współczynnikami oporu przy różnych kształtach jest to, że obiekty o większej, bardziej kwadratowej „owiewce” generują większy opór niż inne obiekty. Obiekty te składają się z szorstkich, prostych linii i zwykle nie zwężają się ku tyłowi. Z drugiej strony opływowe obiekty są często bardziej zaokrąglone i zwężają się ku tyłowi - jak tułów ryby.
   • Na przykład sposób, w jaki projektowany jest obecnie przeciętny samochód rodzinny w porównaniu z tym samym typem sprzed dziesięcioleci. W przeszłości samochody były znacznie bardziej blokowe i miały znacznie bardziej proste i prostokątne linie. Obecnie większość samochodów rodzinnych jest znacznie bardziej opływowa iw dużej mierze delikatnie zaokrąglona. Robi się to celowo - opływowy kształt oznacza, że ​​samochód doświadcza mniejszego oporu, zmniejszając wysiłek silnika przy poruszaniu samochodem (i zmniejszając przebieg gazu).
5. Użyj materiału, który przepuszcza mniej powietrza. Niektóre materiały przepuszczają ciecze i gazy. Innymi słowy, są otwory, przez które przepływa ciecz. Zapewnia to, że powierzchnia przedmiotu, na który pchana jest ciecz, zmniejsza się, a zatem opór jest mniejszy.Ta właściwość zachowuje ważność, nawet jeśli otwory są mikroskopijne - o ile otwory są wystarczająco duże, aby umożliwić przepływ cieczy / powietrza, opór zostanie zmniejszony. Dlatego spadochrony, zaprojektowane tak, aby generować duży opór powietrza, a tym samym zmniejszać prędkość spadania kogoś lub czegoś, są wykonane z mocnego, lekkiego jedwabiu lub nylonu, a nie z filtrów bawełnianych lub kawowych.
   • Aby dać przykład tej właściwości w akcji, zastanów się, co dzieje się z kijem do ping-ponga, gdy wywiercisz w nim kilka otworów. Szybsze przesuwanie wiosła staje się wtedy znacznie łatwiejsze. Otwory umożliwiają przepływ powietrza podczas kołysania wiosłem, co znacznie zmniejsza opór i umożliwia szybsze poruszanie się wiosła.
6. Zwiększ prędkość obiektu. Wreszcie, niezależnie od kształtu przedmiotu lub przepuszczalności materiału, z którego jest wykonany, opór, jaki napotyka, zawsze będzie wzrastał, gdy porusza się szybciej. Im szybciej obiekt się porusza, tym więcej cieczy będzie musiał się poruszać, co z kolei zwiększa opór. Obiekty poruszające się z bardzo dużymi prędkościami mogą doświadczać bardzo dużego tarcia ze względu na duży opór, więc obiekty te będą tam zwykle opływowe lub rozpadną się pod wpływem siły oporu.
   • Weźmy pod uwagę Lockheed SR-71 „Blackbird”, eksperymentalny samolot szpiegowski zbudowany podczas zimnej wojny. Blackbird, który mógł latać z prędkością większą niż 3,2 macha, napotkał ekstremalny opór przy tych wysokich prędkościach, pomimo swojej opływowej konstrukcji - na tyle ekstremalnej, że spowodował rozszerzanie się metalowego kadłuba samolotu z powodu ciepła wytwarzanego przez tarcie powietrza podczas lotu. Latać. .

Ostrzeżenia

• Ekstremalnie wysokie tarcie może uwolnić dużo energii w postaci ciepła! Na przykład naprawdę nie chcesz dotykać klocków hamulcowych swojego samochodu zaraz po mocnym hamowaniu!
• Wielkie siły uwalniane podczas przeciągania przez płyn mogą spowodować uszkodzenie konstrukcji tego obiektu. Na przykład, jeśli włożysz płaską stronę cienkiego kawałka sklejki do wody podczas pływania łodzią motorową, istnieje duże prawdopodobieństwo, że zostanie ona rozerwana na strzępy.