Zawartość

• Kroki
• Metoda 1 z 2: Pocieranie powierzchni korpusów
• Metoda 2 z 2: Opór czołowy
• Porady

Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego dłonie się rozgrzewają, gdy pocierasz je o siebie, albo dlaczego możesz rozpalić ogień, pocierając dwa kawałki drewna? Odpowiedzią jest tarcie! Kiedy dwa ciała poruszają się względem siebie, pojawia się siła tarcia, która uniemożliwia taki ruch.Tarcie może spowodować uwolnienie energii w postaci ciepła, rozgrzania dłoni, zapalenia ognia i tak dalej. Im więcej tarcia, tym więcej energii jest uwalniane, więc zwiększając tarcie pomiędzy ruchomymi częściami w układzie mechanicznym, uzyskasz dużo ciepła!

Kroki

Metoda 1 z 2: Pocieranie powierzchni korpusów

1. 1 Kiedy dwa ciała poruszają się względem siebie, mogą wystąpić następujące trzy procesy: nierówności na powierzchni ciał zakłócają ruch ciał względem siebie; jedna lub obie powierzchnie ciał mogą się odkształcić w wyniku takiego ruchu; atomy każdej powierzchni mogą wchodzić ze sobą w interakcje. Wszystkie te procesy biorą udział w powstawaniu tarcia. Dlatego, aby zwiększyć tarcie, wybieraj obiekty o powierzchni ściernej (takiej jak papier ścierny), powierzchni odkształcalnej (takiej jak guma) lub powierzchni, która ma właściwości adhezyjne (takie jak lepka).
   • Więcej informacji na temat wyboru materiałów zwiększających tarcie można znaleźć w samouczkach lub w zasobach internetowych. W przypadku zwykłych materiałów można znaleźć ich współczynniki tarcia (ilościową charakterystykę siły wymaganej do poślizgu lub przemieszczenia jednego materiału po powierzchni drugiego). Współczynniki tarcia niektórych materiałów są wymienione poniżej (im wyższy współczynnik, tym większe tarcie):
   • Aluminium na aluminium: 0,34
   • Drewno do drewna: 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 ciała bliżej siebie, aby zwiększyć tarcie, ponieważ siła tarcia jest proporcjonalna do siły działającej na korpus trący (siła skierowana prostopadle do kierunku ruchu ciał względem siebie).
   • Pomyśl o hamulcach tarczowych w samochodzie. Im mocniej naciskasz na pedał hamulca, tym mocniej klocki hamulcowe są dociskane do obręczy koła, tym większe jest tarcie i tym szybciej samochód się zatrzymuje. Ale im silniejsze tarcie, tym więcej ciepła jest uwalniane, więc przy mocnym hamowaniu klocki hamulcowe bardzo się nagrzewają.
3. 3 Jeśli jedno ciało jest w ruchu, zatrzymaj je. Do tej pory braliśmy pod uwagę tarcie ślizgowe, które występuje, gdy ciała poruszają się względem siebie. Tarcie ślizgowe jest znacznie mniejsze niż tarcie statyczne, to znaczy siła, która musi zostać pokonana, aby wprawić w ruch dwa stykające się ciała. Dlatego trudniej jest przesunąć ciężki przedmiot niż kontrolować go, gdy już się porusza.
   • Wykonaj prosty eksperyment, aby zrozumieć różnicę między tarciem ślizgowym a tarciem statycznym. Postaw krzesło na gładkiej podłodze (nie na dywanie). Upewnij się, że na nogach krzesła nie ma gumowych ani innych podkładek, aby zapobiec przesuwaniu się. Popchnij krzesło, aby je przesunąć. Zauważysz, że gdy krzesło jest w ruchu, łatwiej jest je pchać, ponieważ tarcie ślizgowe między krzesłem a podłogą jest mniejsze niż tarcie spoczynkowe.
4. 4 Pozbądź się smaru między dwiema powierzchniami, aby zwiększyć tarcie. Smary (oleje, wazelina itp.) znacznie zmniejszają siłę tarcia między elementami trącymi, ponieważ współczynnik tarcia między ciałami stałymi jest znacznie wyższy niż współczynnik tarcia między ciałem stałym a cieczą.
   • Zrób prosty eksperyment. Pocieraj suche dłonie, a zauważysz, że ich temperatura wzrosła (są cieplejsze). Teraz zwilż ręce i ponownie je potrzyj. Teraz nie tylko łatwiej pocierasz dłonie, ale też mniej się nagrzewają (lub wolniej).
5. 5 Pozbądź się łożysk, kół i innych elementów tocznych, aby pozbyć się tarcia tocznego i uzyskać tarcie ślizgowe, które jest znacznie większe niż pierwsze (dlatego toczenie jednego elementu względem drugiego jest łatwiejsze niż pchanie / ciągnięcie).
   • Na przykład wyobraź sobie, że umieszczasz ciała o tej samej masie w saniach i na wózku kołowym. Wózek z kołami jest znacznie łatwiejszy do przemieszczania (tarcie toczenia) niż sanki (tarcie ślizgowe).
6. 6 Zwiększ lepkość płynu, aby zwiększyć siłę tarcia. Tarcie występuje nie tylko podczas ruchu ciał stałych, ale także w cieczach i gazach (odpowiednio woda i powietrze). Tarcie między cieczą a ciałem stałym zależy od kilku czynników, na przykład lepkości cieczy - im wyższa lepkość cieczy, tym większa siła tarcia.
   • Na przykład wyobraź sobie, że pijesz wodę i miód przez słomkę. Woda o niskiej lepkości z łatwością przejdzie przez słomkę, ale miód, który ma wysoką lepkość, z trudem przejdzie przez słomkę (ponieważ miód bardziej ociera się o ścianki słomki).

Metoda 2 z 2: Opór czołowy

1. 1 Zwiększ powierzchnię ciała. Jak wspomniano powyżej, gdy ciała stałe poruszają się w cieczach i gazach, powstaje również siła tarcia. Siła, która uniemożliwia ruch ciał w cieczach i gazach, nazywana jest oporem czołowym (czasem oporem powietrza lub oporem wody). Opór czołowy jest większy wraz ze wzrostem powierzchni ciała, która jest skierowana prostopadle do kierunku ruchu ciała przez ciecz lub gaz.
   • Na przykład weź kulkę o wadze 1 gi kartkę papieru o tej samej wadze i wypuść je w tym samym czasie. Ziarno natychmiast spadnie na podłogę, a kartka papieru powoli opadnie. Tutaj zasada oporu jest po prostu widoczna - powierzchnia papieru jest znacznie większa niż granulki, więc opór powietrza jest większy i papier wolniej spada na podłogę.
2. 2 Używaj sylwetki o wysokim współczynniku oporu. Dzięki obszarowi powierzchni ciała skierowanemu prostopadle do ruchu można ocenić opór czołowy tylko w kategoriach ogólnych. Ciała o różnych kształtach oddziałują z cieczami i gazami na różne sposoby (gdy ciała poruszają się w gazie lub cieczy). Na przykład okrągła płaska płyta ma większy opór niż okrągła płyta w kształcie kuli. Wartość charakteryzująca opór ciał o różnych kształtach nazywana jest współczynnikiem oporu.
   • Rozważmy na przykład skrzydło samolotu. Kształt skrzydła samolotu nazywany jest profilem. Jest to elegancki, wąski i zaokrąglony kształt o niskim współczynniku oporu (około 0,45). Z drugiej strony wyobraź sobie, że skrzydło samolotu ma kształt kwadratowego, prostokątnego graniastosłupa. W przypadku takich skrzydeł opór byłby ogromny (to prawda, ponieważ współczynnik oporu prostokątnego pryzmatu kwadratowego wynosi 1,14).
3. 3 Używaj mniej opływowych korpusów. Z reguły duże sześcienne ciała mają duży opór. Takie korpusy mają prostokątne rogi i nie zwężają się pod koniec. Z drugiej strony, opływowe korpusy mają zaokrąglone krawędzie i zwykle zwężają się ku końcowi.
   • Na przykład porównaj nowoczesny samochód z samochodem wyprodukowanym kilkadziesiąt lat temu. Stare samochody były kwadratowe, podczas gdy nowoczesne samochody mają wiele gładkich krzywizn. Dlatego nowoczesne samochody mają mniejszy opór i wymagają mniejszej mocy silnika (co prowadzi do oszczędności paliwa).
4. 4 Używaj ciał bez otworów przelotowych. Każdy otwór przelotowy w ciele zmniejsza opór, umożliwiając przepływ powietrza lub wody (otwory zmniejszają powierzchnię ciała prostopadle do ruchu). Im większe otwory przelotowe, tym mniejszy opór. Właśnie dlatego spadochrony, które mają wytwarzać duży opór (aby spowolnić prędkość opadania), wykonane są z wytrzymałego, lekkiego jedwabiu lub nylonu, a nie z gazy.
   • Na przykład możesz zwiększyć prędkość wiosła do ping-ponga, wiercąc w nim wiele otworów (aby zmniejszyć powierzchnię wiosła i zmniejszyć opór).
5. 5 Zwiększ prędkość ciała, aby zwiększyć opór (dotyczy to ciał o dowolnym kształcie i materiale). Im wyższa prędkość obiektu, tym większa objętość cieczy lub gazu, przez który musi przejść i tym większy opór. Ciała poruszające się z bardzo dużą prędkością doświadczają ogromnego oporu, więc muszą być usprawnione; w przeciwnym razie siła oporu je zniszczy.
   • Weźmy na przykład Lockheed SR-71, eksperymentalny samolot zwiadowczy zbudowany podczas zimnej wojny. Samolot ten mógł latać z dużą prędkością M = 3,2 i pomimo opływowego kształtu doświadczał ogromnego oporu (tak dużego, że metal, z którego wykonano kadłub samolotu, rozszerzał się po nagrzaniu z powodu tarcia).

Porady

• Pamiętaj, że tarcie uwalnia dużo energii w postaci ciepła. Na przykład nie dotykaj klocków hamulcowych samochodu zaraz po hamowaniu!
• Należy pamiętać, że duże siły oporu mogą doprowadzić do zniszczenia ciała poruszającego się w płynie. Na przykład, jeśli podczas rejsu łodzią włożysz do wody kawałek sklejki (tak, aby jego powierzchnia była prostopadła do ruchu łodzi), to najprawdopodobniej sklejka pęknie.