Зміст

• Крок
• Спосіб 1 з 2: Створення грубішої поверхні
• Спосіб 2 з 2: Підвищення опору в рідині чи газі
• Попередження

Ви коли-небудь замислювались, чому ваші руки зігріваються, коли ви швидко їх розтираєте, або чому ви насправді можете розвести багаття, потерши дві палиці? Відповідь - тертя! Коли дві поверхні натираються одна об одну, вони будуть протидіяти руху один одного на мікроскопічному рівні. Цей опір буде генерувати енергію у вигляді тепла, яке ви можете використовувати для зігрівання рук, розпалювання багаття тощо. Чим більше тертя, тим більше енергії виділяється, тому знайте, як збільшити тертя між двома рухомими. деталі в механічній системі в основному дають вам можливість виробляти багато тепла!

Крок

Спосіб 1 з 2: Створення грубішої поверхні

1. Створіть більше “грубих” або липких точок контакту. Коли два матеріали ковзають або труться один про одного, можуть трапитися три речі: невеликі куточки, тріщини та нерівності на поверхні можуть зачепитися; одна або обидві поверхні можуть деформуватися у відповідь на рух; і, врешті-решт, атоми будь-якої поверхні можуть почати взаємодіяти між собою. З практичних цілей усі три роблять одне і те ж: створюють тертя. Виділення абразивних поверхонь (як наждачний папір), деформацій (як гума) або липких (як клей тощо) є простим способом збільшення тертя.
   • Технічні підручники та подібні ресурси можуть бути чудовим допоміжним засобом у виборі матеріалів, що використовуються для збільшення тертя. Більшість стандартних будівельних матеріалів мають відомий "коефіцієнт тертя" - тобто міру того, наскільки тертя створюється разом з іншими поверхнями. Нижче наведені коефіцієнти тертя лише для кількох відомих матеріалів (більш високе значення означає більше тертя):
   • Алюміній на алюмінію: 0,34
   • Дерево по дереву: 0,129
   • Сухий бетон на гумі: 0,6-0,85
   • Мокрий бетон на гумі: 0,45-0,75
   • Лід на льоду: 0,01
2. Сильніше стисніть дві поверхні між собою. Основне визначення у фізиці стверджує, що тертя, яке зазнає об’єкт, пропорційне нормальній силі (для нас ця сила дорівнює тій, з якою об’єкт штовхається об інший). Це означає, що тертя між двома поверхнями може бути збільшено, якщо поверхні стискатись разом із більшою силою.
   • Якщо ви коли-небудь використовували гальмівні диски (наприклад, на машині чи велосипеді), то ви бачили цей принцип у дії. У цьому випадку, натискаючи на гальма, набір блоків, що генерують тертя, притискається до металевих дисків, які кріпляться до коліс. Чим сильніше ви натискаєте на гальмо, тим сильніше будуть притискатися блоки до дисків і буде більше тертя. Це дозволяє швидко зупинити транспортний засіб, але також виділяє багато тепла, тому гальмівні системи часто сильно нагріваються після сильного гальмування.
3. Зупиніть будь-який відносний рух. Це означає, що якщо одна поверхня рухається відносно іншої, ви зупиняєте її. Поки що ми зосередилися на динамічний (або «ковзаюче») тертя - тертя, яке виникає, коли два предмети або поверхні стираються один про одного. Насправді ця форма тертя відрізняється від статичний тертя - тертя, яке виникає, коли предмет починає рухатися об інший предмет. По суті, тертя між двома предметами найбільше, коли вони починають рухатися один про одного. Після їх руху тертя зменшується. Це одна з причин, чому важко змусити важкий предмет рухатися, ніж утримати його.
   • Щоб спостерігати різницю між статичним та динамічним тертям, спробуйте наступний простий експеримент: Поставте стілець або інший предмет меблів на гладку підлогу у своєму будинку (а не на килим чи килим). Переконайтесь, що меблі не мають захисних «шпильок» на дні або будь-якого іншого матеріалу, який полегшить ковзання по підлозі. Спробуйте меблі просто натискайте досить сильно, щоб він почав рухатися. Ви повинні помітити, що як тільки меблі починають рухатися, відразу стає набагато легше штовхати. Це пояснюється тим, що динамічне тертя між меблями та підлогою менше, ніж статичне тертя.
4. Видаліть рідини між поверхнями. Рідини, такі як масло, жир, вазелін тощо, можуть значно зменшити тертя між предметами та поверхнями. Це пояснюється тим, що тертя між двома твердими речовинами зазвичай набагато вище, ніж тертя між твердими речовинами та рідиною між ними. Щоб збільшити тертя, ви можете витягти з рівняння всі можливі рідини, причому тертя викликають лише «сухі» частини.
   • Спробуйте наступний простий експеримент, щоб зрозуміти, наскільки рідини можуть зменшити тертя: Потріть руки, якщо вони холодні, і ви хочете їх зігріти. Ви повинні одразу помітити, що від натирання вони стають теплішими. Потім нанесіть на долоні неабияку кількість лосьйону і спробуйте зробити те ж саме ще раз. Мало того, що вам буде легше швидко потерти руки, але ви також помітите, що вони нагріваються менше.
5. Зніміть колеса або носії, щоб створити тертя ковзання. Колеса, носії та інші "котячі" предмети відчувають особливий тип тертя, який називається тертям кочення. Це тертя майже завжди менше тертя, яке створюється при ковзанні того самого предмета по землі. - Ось чому ці предмети, як правило, котяться і не ковзають по землі. Щоб збільшити тертя в механічній системі, ви можете зняти колеса, носії тощо, щоб деталі ковзали одна об одну, а не котились.
   • Розглянемо, наприклад, різницю між натягуванням важкої ваги на землю в кареті та еквівалентною вагою в кареті. У вагона є колеса, тому його легше тягнути, ніж карету, яка тягнеться уздовж землі, створюючи при цьому багато тертя ковзання.
6. Збільшити в'язкість. Тверді предмети - це не єдине, що може створити тертя. Рідкі речовини (рідини та гази, такі як вода та повітря відповідно) також можуть створювати тертя. Величина тертя, яке створює рідина, коли вона протікає повз тверду речовину, залежить від кількох факторів. Одним з найпростіших у контролі є в'язкість - це те, що зазвичай називають "товщиною". Взагалі, рідини з високою в'язкістю (ті, що є "густими", "липкими" тощо) спричинятимуть більше тертя, ніж рідини, які є менш в'язкими ("гладкі" та "рідкі").
   • Наприклад, розглянемо різницю в зусиллях, яку вам доведеться докласти, коли видувати воду через соломинку, ніж дути мед через соломинку. Вода не дуже в’язка і легко буде рухатись по соломі. Мед набагато складніше продути через соломинку. Це пов’язано з тим, що висока в’язкість меду створює велику стійкість і, отже, тертя, коли він продувається через вузьку трубку, таку як солома.

Спосіб 2 з 2: Підвищення опору в рідині чи газі

1. Збільшити в'язкість рідини. Середовище, через яке рухається предмет, чинить на нього силу, яка в цілому намагається скасувати силу тертя на об’єкт. Чим щільніше рідина (і, отже, більш в'язка), тим повільніше об'єкт буде рухатися крізь цю рідину під впливом заданої сили. Наприклад: мармур падатиме через повітря набагато швидше, ніж через воду, і через воду швидше, ніж через сироп.
   • В'язкість більшості рідин можна збільшити, знизивши температуру. Наприклад: мармур падає повільніше через холодний сироп, ніж через сироп при кімнатній температурі.
2. Збільште площу, на яку впливає повітря. Як зазначено вище, рідкі речовини, такі як вода та повітря, можуть створювати тертя, коли вони протікають повз тверді речовини. Сила тертя, яку відчуває об'єкт під час руху через рідку речовину, називається опором (залежно від середовища це ще називають "опором повітря", "водонепроникністю" тощо). Однією з властивостей опору є те, що об'єкт з більшим поперечним перерізом - тобто об’єкт із більшим профілем під час руху по рідині - відчуває більший опір. Це дає рідині більше поверхні, на яку можна натискати, що збільшує тертя про предмет, коли він рухається крізь нього.
   • Припустимо, камінчик і аркуш паперу важать по одному граму. Якщо ми дозволимо обом впасти одночасно, камінчик впаде прямо вниз, тоді як аркуш паперу буде повільно кружляти вниз. Тут ви бачите опір повітря в дії - повітря штовхається на велику, широку поверхню паперу, створюючи опір, і папір падає набагато повільніше гальки, яка має відносно вузький переріз.
3. Виберіть форму з більшим опором. Хоча поперечний переріз об’єкта хороший загальний є показником розміру резистора, насправді розрахунки резисторів набагато складніші. Різні форми поводяться по-різному в рідинах, через які вони проходять - це означає, що деякі форми (наприклад, плоскі пластини) є більш стійкими, ніж інші (наприклад, сфери), виготовлені з одного і того ж матеріалу. Оскільки міра відносної величини опору повітря також називається "коефіцієнтом опору", кажуть, що фігури з великим опором повітря мають вищий коефіцієнт опору.
   • Розглянемо, наприклад, крила літака. Форма типового крила літака називається а аеродинамічний профіль. Ця гладка, вузька і округла форма легко рухається по повітрю. Коефіцієнт опору дуже низький - 0,45. З іншого боку, ви можете собі уявити, що крило має гострі кути, має форму блоку або виглядає як призма. Ці крила створюють набагато більше тертя, оскільки вони створюють багато опору в польоті. Таким чином, призми мають більший коефіцієнт опору, ніж профілі крил - близько 1,14.
4. Зробіть об’єкт менш обтічним. Іншим явищем, пов’язаним з різними коефіцієнтами опору різних форм, є те, що об’єкти з більшим, більш квадратним «обтічником», як правило, генерують більше опору, ніж інші об’єкти. Ці предмети складаються з шорстких прямих ліній і зазвичай не звужуються у напрямку до спини. З іншого боку, обтічні предмети часто більш округлі і звужуються до спини - як тіло риби.
   • Наприклад, те, як сьогодні розроблений середній сімейний автомобіль, порівняно з тим же типом десятиліть тому. У минулому автомобілі були набагато блочнішими та мали набагато більше прямих та прямокутних ліній. Сьогодні більшість сімейних автомобілів набагато обтічніші та, значною мірою, м’яко закруглені. Це робиться спеціально - обтічна форма означає, що автомобіль відчуває менше опору, зменшуючи зусилля двигуна рухати машину (і зменшуючи пробіг на бензині).
5. Використовуйте матеріал, який пропускає менше повітря. Деякі матеріали пропускають рідини та гази. Іншими словами, є отвори для проходження рідини. Це гарантує, що поверхня предмета, проти якої штовхає рідина, стає меншою, тому зменшується опір.Ця властивість залишається в силі, навіть якщо отвори мікроскопічні - поки отвори достатньо великі, щоб пропускати рідину / повітря, опір буде зменшено. Ось чому парашути, призначені для створення великого опору повітря і тим самим зменшення швидкості падіння когось або чогось, виготовляються з міцного, легкого шовку або нейлону, а не з бавовняних або кавових фільтрів.
   • Щоб навести приклад цієї властивості в дії, подумайте, що відбувається з битою для пінг-понгу, коли ви просвердлите в ній кілька отворів. Тоді стає набагато легше швидко рухати весло. Отвори дозволяють повітрю проходити під час розмахування веслом, що значно зменшує опір і дозволяє веслу рухатися швидше.
6. Збільште швидкість об’єкта. Нарешті, незалежно від форми предмета або того, наскільки проникним є матеріал, з якого він виготовлений, опір, з яким він стикається, завжди буде зростати в міру швидшого руху. Чим швидше об'єкт рухається, тим більше рідини йому доведеться рухатись, що в свою чергу збільшує опір. Об'єкти, що рухаються з дуже високою швидкістю, можуть відчувати дуже велике тертя через високий опір, тому ці об'єкти там зазвичай будуть впорядковані, інакше вони розвалюються через силу опору.
   • Розглянемо Lockheed SR-71 "Дрозд", експериментальний шпигунський літак, побудований під час "холодної війни". Дрозд, який міг літати зі швидкістю, що перевищує 3,2 маха, зіткнувся з надзвичайним опором від цих високих швидкостей, незважаючи на свою обтічну конструкцію - досить екстремальну, щоб металевий фюзеляж літака розширився за рахунок тепла, що створюється тертям з повітря під час польоту. .

Попередження

• Надзвичайно велике тертя може виділити багато енергії у вигляді тепла! Наприклад, ви дійсно не хочете торкатися гальмівних колодок свого автомобіля відразу після того, як сильно вдарите по гальмах!
• Великі сили, що виділяються при перетягуванні рідини, можуть спричинити структурні пошкодження цього об’єкта. Наприклад, якщо ви засунете рівну сторону тонкого шматка фанери у воду під час круїзу на швидкісному катері, швидше за все, вона буде розірвана на клаптики.