Περιεχόμενο

• Για να πας
• Μέθοδος 1 από 2: Δημιουργία τραχιάς επιφάνειας
• Μέθοδος 2 από 2: Αυξήστε την αντίσταση σε υγρό ή αέριο
• Προειδοποιήσεις

Αναρωτηθήκατε ποτέ γιατί τα χέρια σας ζεσταίνονται όταν τα τρίβετε γρήγορα ή γιατί μπορείτε πραγματικά να ξεκινήσετε μια φωτιά τρίβοντας δύο ραβδιά μαζί; Η απάντηση είναι τριβή! Όταν δύο επιφάνειες τρίβονται μεταξύ τους, θα αντισταθμίσουν την κίνηση της άλλης σε μικροσκοπικό επίπεδο. Αυτή η αντίσταση θα παράγει ενέργεια με τη μορφή θερμότητας, την οποία μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να ζεστάνετε τα χέρια σας, να κάνετε φωτιά κ.λπ. Όσο μεγαλύτερη είναι η τριβή, τόσο περισσότερη ενέργεια θα απελευθερωθεί, οπότε ξέρετε πώς να αυξήσετε την τριβή μεταξύ δύο κινούμενων. εξαρτήματα σε ένα μηχανικό σύστημα σας δίνουν ουσιαστικά την ευκαιρία να παράγετε πολλή θερμότητα!

Για να πας

Μέθοδος 1 από 2: Δημιουργία τραχιάς επιφάνειας

1. Δημιουργήστε περισσότερα "τραχιά" ή κολλώδη σημεία επαφής. Όταν δύο υλικά γλιστρούν ή τρίβονται το ένα με το άλλο, μπορούν να συμβούν τρία πράγματα: μικρές γωνίες, ρωγμές και ανωμαλίες στην επιφάνεια μπορεί να πιαστούν. μία ή και οι δύο επιφάνειες μπορούν να παραμορφωθούν ως απόκριση στην κίνηση. και, τελικά, τα άτομα σε οποιαδήποτε επιφάνεια μπορούν να αρχίσουν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Για πρακτικούς σκοπούς, και τα τρία αυτά κάνουν το ίδιο πράγμα: δημιουργούν τριβή. Η επιλογή επιφανειών που είναι λειαντικές (όπως γυαλόχαρτο), παραμόρφωση (όπως καουτσούκ) ή κολλώδης (όπως κόλλα κ.λπ.) είναι ένας εύκολος τρόπος για να αυξήσετε την τριβή.
   • Τεχνικά εγχειρίδια και παρόμοιοι πόροι μπορούν να είναι εξαιρετικά βοηθήματα στην επιλογή υλικών που θα χρησιμοποιηθούν για την αύξηση της τριβής. Τα περισσότερα τυποποιημένα δομικά υλικά έχουν έναν γνωστό «συντελεστή τριβής» - δηλαδή, ένα μέτρο του πόσο τριβή παράγεται μαζί με άλλες επιφάνειες. Παρακάτω αναφέρονται οι συντελεστές τριβής για λίγα μόνο γνωστά υλικά (μια υψηλότερη τιμή δείχνει υψηλότερη τριβή):
   • Αλουμίνιο σε αλουμίνιο: 0,34
   • Ξύλο σε ξύλο: 0.129
   • Ξηρό σκυρόδεμα από καουτσούκ: 0,6-0,85
   • Υγρό σκυρόδεμα από καουτσούκ: 0,45-0,75
   • Πάγος σε πάγο: 0,01
2. Σπρώξτε τις δύο επιφάνειες πιο δυνατά. Ένας βασικός ορισμός στη φυσική αναφέρει ότι η τριβή που υφίσταται ένα αντικείμενο είναι ανάλογη με την κανονική δύναμη (για το σκοπό μας αυτή η δύναμη είναι ίση με εκείνη με την οποία το αντικείμενο σπρώχνει το άλλο). Αυτό σημαίνει ότι η τριβή μεταξύ δύο επιφανειών μπορεί να αυξηθεί εάν οι επιφάνειες ωθούνται μαζί με περισσότερη δύναμη.
   • Εάν έχετε χρησιμοποιήσει ποτέ δίσκους φρένων (για παράδειγμα, σε αυτοκίνητο ή ποδήλατο) τότε έχετε δει αυτήν την αρχή σε δράση. Σε αυτήν την περίπτωση, πιέζοντας τα φρένα, ένα σύνολο μπλοκ δημιουργίας τριβής ωθείται σε μεταλλικούς δίσκους που είναι προσαρτημένοι στους τροχούς. Όσο πιο σκληρά πατάτε τα φρένα, τόσο πιο σκληρά θα πιέζονται τα μπλοκ στους δίσκους και θα υπάρχει περισσότερη τριβή. Αυτό σας επιτρέπει να σταματήσετε γρήγορα το όχημα, αλλά επίσης απελευθερώνει πολύ θερμότητα, γι 'αυτό τα συστήματα πέδησης είναι συχνά πολύ ζεστά μετά από έντονο φρενάρισμα.
3. Σταματήστε οποιαδήποτε σχετική κίνηση. Αυτό σημαίνει ότι εάν μια επιφάνεια κινείται σε σχέση με μια άλλη, την σταματάτε. Μέχρι τώρα έχουμε επικεντρωθεί δυναμικός (ή "συρόμενη") τριβή - η τριβή που συμβαίνει όταν δύο αντικείμενα ή επιφάνειες τρίβονται μεταξύ τους. Στην πραγματικότητα, αυτή η μορφή τριβής είναι διαφορετική από αυτήν στατικός τριβή - η τριβή που εμφανίζεται όταν ένα αντικείμενο αρχίζει να κινείται εναντίον άλλου αντικειμένου. Στην ουσία, η τριβή μεταξύ δύο αντικειμένων είναι μεγαλύτερη όταν αρχίζουν να κινούνται μεταξύ τους. Μόλις κινούνται, η τριβή μειώνεται. Αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους είναι δύσκολο να κινηθεί ένα βαρύ αντικείμενο παρά να το κρατήσει.
   • Για να παρατηρήσετε τη διαφορά μεταξύ στατικής και δυναμικής τριβής, δοκιμάστε το ακόλουθο απλό πείραμα: Τοποθετήστε μια καρέκλα ή άλλο έπιπλο σε ένα ομαλό δάπεδο στο σπίτι σας (όχι σε χαλί ή χαλί). Βεβαιωθείτε ότι τα έπιπλα δεν έχουν προστατευτικά "καρφιά" στο κάτω μέρος ή οποιοδήποτε άλλο είδος υλικού που θα διευκολύνει την ολίσθηση στο πάτωμα. Δοκιμάστε τα έπιπλα μόλις πιέστε αρκετά δυνατά, ώστε να αρχίσει να κινείται. Θα πρέπει να παρατηρήσετε ότι μόλις αρχίσει να κινείται τα έπιπλα, γίνεται πολύ πιο εύκολο να σπρώξετε. Αυτό συμβαίνει επειδή η δυναμική τριβή μεταξύ επίπλων και δαπέδων είναι μικρότερη από τη στατική τριβή.
4. Αφαιρέστε τα υγρά μεταξύ των επιφανειών. Υγρά όπως λάδι, γράσο, βαζελίνη κ.λπ. μπορούν να μειώσουν σημαντικά την τριβή μεταξύ αντικειμένων και επιφανειών. Αυτό συμβαίνει επειδή η τριβή μεταξύ δύο στερεών είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερη από εκείνη μεταξύ στερεών και υγρού στο μεταξύ. Για να αυξήσετε την τριβή, μπορείτε να αφαιρέσετε όλα τα πιθανά υγρά από την εξίσωση, με μόνο "ξηρά" μέρη να προκαλούν τριβή.
   • Δοκιμάστε το ακόλουθο απλό πείραμα για να πάρετε μια ιδέα για το βαθμό στον οποίο τα υγρά μπορούν να μειώσουν την τριβή: Τρίψτε τα χέρια σας μαζί εάν είναι κρύα και θέλετε να τα ζεστάνετε. Θα πρέπει να μπορείτε να παρατηρήσετε αμέσως ότι θερμαίνονται από το τρίψιμο. Στη συνέχεια, βάλτε αρκετή λοσιόν στις παλάμες σας και προσπαθήστε να κάνετε το ίδιο ξανά. Όχι μόνο θα πρέπει να είναι πιο εύκολο να τρίβετε τα χέρια σας γρήγορα, αλλά θα παρατηρήσετε επίσης ότι γίνονται λιγότερο ζεστά.
5. Αφαιρέστε τροχούς ή φορείς για να δημιουργήσετε τριβή. Οι τροχοί, οι μεταφορείς και άλλα αντικείμενα "κύλισης" βιώνουν έναν ειδικό τύπο τριβής που ονομάζεται τριβή κύλισης. Αυτή η τριβή είναι σχεδόν πάντα μικρότερη από την τριβή που δημιουργείται σύροντας το ίδιο αντικείμενο πάνω από το έδαφος. - Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αυτά τα αντικείμενα τείνουν να κυλούν και να μην γλιστρούν στο έδαφος. Για να αυξήσετε την τριβή σε ένα μηχανικό σύστημα, μπορείτε να αφαιρέσετε τους τροχούς, τους μεταφορείς κ.λπ. έτσι ώστε τα μέρη να γλιστρούν το ένα πάνω στο άλλο, να μην κυλούν.
   • Εξετάστε, για παράδειγμα, τη διαφορά μεταξύ τράβηγμα ενός μεγάλου βάρους πάνω από το έδαφος σε ένα φορείο έναντι ισοδύναμου βάρους σε ένα φορείο. Ένα βαγόνι έχει τροχούς, οπότε είναι πιο εύκολο να τραβηχτεί από ένα φορείο, το οποίο σέρνεται κατά μήκος του εδάφους δημιουργώντας πολλές συρόμενες τριβές.
6. Αυξήστε το ιξώδες. Τα στερεά αντικείμενα δεν είναι τα μόνα πράγματα που μπορούν να δημιουργήσουν τριβή. Οι υγρές ουσίες (υγρά και αέρια όπως νερό και αέρας, αντίστοιχα) μπορούν επίσης να δημιουργήσουν τριβή. Η ποσότητα τριβής που δημιουργεί ένα υγρό όταν ρέει πέρα ​​από ένα στερεό εξαρτάται από διάφορους παράγοντες. Ένα από τα ευκολότερα στον έλεγχο είναι το ιξώδες - αυτό αναφέρεται συνήθως ως «πάχος». Γενικά, τα υγρά με υψηλό ιξώδες (αυτά είναι «παχιά», «κολλώδη» κ.λπ.) θα προκαλέσουν μεγαλύτερη τριβή από τα υγρά που είναι λιγότερο ιξώδη (αυτά είναι «λεία» και «υγρά»).
   • Για παράδειγμα, σκεφτείτε τη διαφορά στην προσπάθεια που θα πρέπει να κάνετε όταν φυσάτε νερό μέσω ενός αχύρου έναντι του φυσήματος του μελιού μέσω ενός αχύρου. Το νερό δεν είναι πολύ ιξώδες και θα περάσει εύκολα μέσα από το άχυρο. Το μέλι είναι πολύ πιο δύσκολο να περάσει μέσα από ένα άχυρο. Αυτό συμβαίνει επειδή το υψηλό ιξώδες του μελιού δημιουργεί πολλή αντίσταση και συνεπώς τριβή όταν διοχετεύεται μέσω ενός στενού σωλήνα, όπως ένα άχυρο.

Μέθοδος 2 από 2: Αυξήστε την αντίσταση σε υγρό ή αέριο

1. Αυξήστε το ιξώδες του υγρού. Το μέσο μέσω του οποίου ταξιδεύει ένα αντικείμενο ασκεί δύναμη στο αντικείμενο που, στο σύνολό του, προσπαθεί να ακυρώσει τη δύναμη τριβής στο αντικείμενο. Όσο πιο πυκνό είναι ένα υγρό (και συνεπώς πιο ιξώδες), τόσο πιο αργό ένα αντικείμενο θα κινείται μέσω αυτού του υγρού υπό την επίδραση μιας δεδομένης δύναμης. Για παράδειγμα: ένα μάρμαρο πέφτει στον αέρα πολύ πιο γρήγορα από το νερό και μέσω του νερού πιο γρήγορα από το σιρόπι.
   • Το ιξώδες των περισσότερων υγρών μπορεί να αυξηθεί μειώνοντας τη θερμοκρασία. Για παράδειγμα: ένα μάρμαρο πέφτει πιο αργά μέσω κρύου σιροπιού παρά μέσω σιροπιού σε θερμοκρασία δωματίου.
2. Αυξήστε την περιοχή που εκτίθεται στον αέρα. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, υγρές ουσίες όπως νερό και αέρας μπορούν να προκαλέσουν τριβή όταν ρέουν πέρα ​​από στερεά. Η δύναμη τριβής που βιώνει ένα αντικείμενο ενώ κινείται μέσω μιας υγρής ουσίας ονομάζεται αντίσταση (ανάλογα με το μέσο, ​​αυτό ονομάζεται επίσης «αντίσταση αέρα», «αντίσταση στο νερό» κ.λπ.). Μία από τις ιδιότητες της αντίστασης είναι ότι ένα αντικείμενο με μεγαλύτερη διατομή - δηλαδή, ένα αντικείμενο με μεγαλύτερο προφίλ καθώς κινείται μέσω του υγρού - αντιμετωπίζει περισσότερη αντίσταση. Αυτό δίνει στο υγρό περισσότερη επιφάνεια για να σπρώξει, γεγονός που αυξάνει την τριβή στο αντικείμενο καθώς κινείται μέσα από αυτό.
   • Ας υποθέσουμε ότι ένα βότσαλο και ένα φύλλο χαρτιού ζυγίζουν κάθε ένα γραμμάριο. Εάν αφήσουμε και τα δύο να πέσουν ταυτόχρονα, το βότσαλο θα πέσει ευθεία προς τα κάτω ενώ το φύλλο χαρτιού θα στροβιλιστεί αργά προς τα κάτω. Εδώ βλέπετε την αντίσταση του αέρα σε δράση - ο αέρας σπρώχνει την μεγάλη, ευρεία επιφάνεια του χαρτιού δημιουργώντας αντίσταση και το χαρτί πέφτει πολύ πιο αργά από το βότσαλο, το οποίο έχει σχετικά στενή διατομή.
3. Επιλέξτε ένα σχήμα με μεγαλύτερη αντίσταση. Αν και η διατομή ενός αντικειμένου είναι καλή γενικός είναι μια ένδειξη του μεγέθους της αντίστασης, στην πραγματικότητα οι υπολογισμοί της αντίστασης είναι πολύ πιο περίπλοκοι. Διαφορετικά σχήματα συμπεριφέρονται με διαφορετικούς τρόπους στα υγρά που περνούν - αυτό σημαίνει ότι ορισμένα σχήματα (π.χ. επίπεδες πλάκες) είναι πιο ανθεκτικά από άλλα (π.χ. σφαίρες) κατασκευασμένα από το ίδιο υλικό. Επειδή το μέτρο για το σχετικό μέγεθος της αντίστασης του αέρα ονομάζεται επίσης «συντελεστής οπισθέλκουσας», λέγεται ότι τα σχήματα με μεγάλη αντίσταση στον αέρα έχουν υψηλότερο συντελεστή οπισθέλκουσας.
   • Εξετάστε, για παράδειγμα, τα φτερά ενός αεροπλάνου. Το σχήμα μιας τυπικής πτέρυγας ενός αεροπλάνου ονομάζεται α αεροτομή. Αυτό το λείο, στενό και στρογγυλεμένο σχήμα κινείται εύκολα μέσω του αέρα. Ο συντελεστής οπισθέλκουσας είναι πολύ χαμηλός - 0,45. Από την άλλη πλευρά, μπορείτε να φανταστείτε ότι μια πτέρυγα έχει αιχμηρές γωνίες, έχει σχήμα μπλοκ ή μοιάζει με πρίσμα. Αυτά τα φτερά δημιουργούν πολύ μεγαλύτερη τριβή επειδή δημιουργούν πολλή αντίσταση κατά την πτήση. Τα πρίσματα έχουν επομένως μεγαλύτερο συντελεστή οπισθέλκουσας από τα προφίλ πτερυγίων - περίπου 1,14.
4. Κάντε το αντικείμενο λιγότερο απλοποιημένο. Ένα άλλο φαινόμενο που σχετίζεται με τους διαφορετικούς συντελεστές οπισθέλκουσας των διαφόρων σχημάτων είναι ότι τα αντικείμενα με ένα μεγαλύτερο, πιο τετράγωνο "φέρινγκ" γενικά παράγουν περισσότερη οπισθέλκουσα από άλλα αντικείμενα. Αυτά τα αντικείμενα αποτελούνται από τραχιές, ευθείες γραμμές και συνήθως δεν στενεύουν προς τα πίσω. Από την άλλη πλευρά, τα βελτιωμένα αντικείμενα είναι συχνά πιο στρογγυλεμένα και κωνικά προς τα πίσω - όπως το σώμα ενός ψαριού.
   • Για παράδειγμα, ο τρόπος με τον οποίο σχεδιάζεται το μέσο οικογενειακό αυτοκίνητο σήμερα σε σύγκριση με τον ίδιο τύπο πριν από δεκαετίες. Στο παρελθόν, τα αυτοκίνητα ήταν πολύ πιο μπλοκ και είχαν πολύ πιο ευθείες και ορθογώνιες γραμμές. Σήμερα, τα περισσότερα οικογενειακά αυτοκίνητα είναι πολύ πιο απλοποιημένα και, σε μεγάλο βαθμό, απαλά στρογγυλεμένα. Αυτό γίνεται επίτηδες - ένα βελτιωμένο σχήμα σημαίνει ότι ένα αυτοκίνητο αντιμετωπίζει λιγότερη οπισθέλκηση, μειώνοντας την προσπάθεια του κινητήρα να μετακινήσει το αυτοκίνητο (και μειώνοντας την απόσταση σε μίλια αερίου).
5. Χρησιμοποιήστε υλικό που επιτρέπει τη διέλευση λιγότερου αέρα. Ορισμένα υλικά επιτρέπουν τη διέλευση υγρών και αερίων. Με άλλα λόγια, υπάρχουν οπές για να περάσει το υγρό. Αυτό διασφαλίζει ότι η επιφάνεια του αντικειμένου στο οποίο ωθεί το υγρό γίνεται μικρότερη, οπότε υπάρχει μικρότερη αντίσταση.Αυτή η ιδιότητα παραμένει έγκυρη ακόμη και αν οι οπές είναι μικροσκοπικές - εφόσον οι οπές είναι αρκετά μεγάλες για να επιτρέψουν τη διέλευση υγρού / αέρα, η αντίσταση θα μειωθεί. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα αλεξίπτωτο, που έχουν σχεδιαστεί για να παράγουν μεγάλη αντίσταση στον αέρα και έτσι μειώνουν την ταχύτητα πτώσης κάποιου ή κάτι, είναι κατασκευασμένα από ανθεκτικό, ελαφρύ μετάξι ή νάιλον και όχι βαμβάκι ή φίλτρα καφέ.
   • Για να δώσετε ένα παράδειγμα αυτής της ιδιότητας σε δράση, σκεφτείτε τι συμβαίνει σε ένα ρόπαλο πινγκ πονγκ όταν τρυπάτε μερικές τρύπες σε αυτό. Στη συνέχεια γίνεται πολύ πιο εύκολο να μετακινήσετε το κουπί γρήγορα. Οι τρύπες επιτρέπουν στον αέρα να περάσει ενώ περιστρέφεται το κουπί, γεγονός που μειώνει σημαντικά την αντίσταση και επιτρέπει στο κουπί να κινείται γρηγορότερα.
6. Αυξήστε την ταχύτητα του αντικειμένου. Τέλος, ανεξάρτητα από το σχήμα ενός αντικειμένου ή πόσο διαπερατό είναι το υλικό από το οποίο κατασκευάζεται, η αντίσταση που αντιμετωπίζει θα αυξάνεται πάντα καθώς κινείται γρηγορότερα. Όσο πιο γρήγορα ένα αντικείμενο κινείται, τόσο πιο υγρό θα πρέπει να μετακινηθεί, γεγονός που με τη σειρά του αυξάνει την αντίσταση. Τα αντικείμενα που κινούνται σε πολύ υψηλές ταχύτητες μπορούν να παρουσιάσουν πολύ υψηλή τριβή λόγω της υψηλής αντίστασης, οπότε αυτά τα αντικείμενα συνήθως θα εκσυγχρονιστούν εκεί ή αλλιώς θα καταρρεύσουν λόγω της δύναμης της αντίστασης.
   • Σκεφτείτε το Lockheed SR-71 "Blackbird", ένα πειραματικό κατασκοπευτικό αεροπλάνο που κατασκευάστηκε κατά τη διάρκεια του Ψυχρού Πολέμου. Το Blackbird, το οποίο μπορούσε να πετάξει σε ταχύτητες μεγαλύτερες από το mach 3.2, αντιμετώπισε ακραία αντίσταση από αυτές τις υψηλές ταχύτητες, παρά τον εξορθολογισμένο σχεδιασμό του - αρκετά ακραία για να προκαλέσει την επέκταση της μεταλλικής ατράκτου του αεροσκάφους λόγω της θερμότητας που προκαλείται από την τριβή από τον αέρα κατά τη διάρκεια της πτήσης. .

Προειδοποιήσεις

• Η εξαιρετικά υψηλή τριβή μπορεί να απελευθερώσει πολλή ενέργεια με τη μορφή θερμότητας! Για παράδειγμα, δεν θέλετε πραγματικά να αγγίξετε τα τακάκια του αυτοκινήτου σας αμέσως μετά το χτύπημα των φρένων!
• Οι μεγάλες δυνάμεις που απελευθερώνονται όταν σύρονται μέσω ενός υγρού μπορούν να προκαλέσουν δομική βλάβη σε αυτό το αντικείμενο. Για παράδειγμα, εάν κολλήσετε την επίπεδη πλευρά ενός λεπτού κόντρα πλακέ στο νερό ενώ ταξιδεύετε με ταχύπλοο, πιθανότατα θα σκιστεί σε τεμαχισμό.