İçerik

• Adım atmak
• Yöntem 1/2: Daha pürüzlü bir yüzey oluşturma
• Yöntem 2/2: Sıvı veya gazdaki direnci artırın
• Uyarılar

Ellerinizi hızla birbirine sürdüğünüzde neden ısındığını ya da iki çubuğu birbirine sürterek gerçekten ateş başlatabildiğinizi hiç merak ettiniz mi? Cevap sürtünmedir! İki yüzey birbirine sürtündüğünde, birbirlerinin hareketini mikroskobik düzeyde etkisiz hale getireceklerdir. Bu direnç, ellerinizi ısıtmak, ateş yakmak, vb. İçin kullanabileceğiniz ısı biçiminde enerji üretecektir. Sürtünme ne kadar büyükse, o kadar fazla enerji açığa çıkacaktır, bu nedenle hareket eden iki arasındaki sürtünmeyi nasıl artıracağınızı bilin. mekanik bir sistemdeki parçalar temelde size çok fazla ısı üretme fırsatı verir!

Adım atmak

Yöntem 1/2: Daha pürüzlü bir yüzey oluşturma

1. Daha "sert" veya yapışkan temas noktaları oluşturun. İki malzeme birbirine geçtiğinde veya sürtündüğünde, üç şey meydana gelebilir: yüzeydeki küçük köşeler, çatlaklar ve düzensizlikler takılabilir; harekete tepki olarak yüzeylerden biri veya her ikisi de deforme olabilir; ve nihayetinde herhangi bir yüzeydeki atomlar birbirleriyle etkileşime girmeye başlayabilir. Pratik amaçlar için, bunların üçü de aynı şeyi yapar: sürtüşme yaratmak. Aşındırıcı (zımpara kağıdı gibi), deforme olan (kauçuk gibi) veya yapışkan (yapıştırıcı gibi) yüzeyleri seçmek, sürtünmeyi artırmanın kolay bir yoludur.
   • Teknik ders kitapları ve benzer kaynaklar, sürtünmeyi artırmak için kullanılacak materyallerin seçiminde çok yardımcı olabilir. Çoğu standart yapı malzemesinin bilinen bir "sürtünme katsayısı" vardır - yani, diğer yüzeylerle birlikte ne kadar sürtünme üretildiğinin bir ölçüsüdür. Yalnızca birkaç bilinen malzeme için sürtünme katsayıları aşağıda listelenmiştir (daha yüksek bir değer daha yüksek bir sürtünmeyi gösterir):
   • Alüminyum üzerine alüminyum: 0.34
   • Ahşap üzerine ahşap: 0.129
   • Kauçuk üzeri kuru beton: 0.6-0.85
   • Kauçuk üzeri ıslak beton: 0.45-0.75
   • Buz üzerinde buz: 0,01
2. İki yüzeyi birbirine daha sert itin. Fizikteki temel bir tanım, bir nesnenin maruz kaldığı sürtünmenin normal kuvvetle orantılı olduğunu belirtir (bizim amacımız için bu kuvvet, nesnenin diğerine ittiği kuvvete eşittir). Bu, yüzeyler daha fazla kuvvetle itilirse iki yüzey arasındaki sürtünmenin artabileceği anlamına gelir.
   • Daha önce fren diskleri kullandıysanız (örneğin, bir araba veya bisiklette olanlar), o zaman bu prensibi iş başında gördünüz. Bu durumda, frenlere basılarak, tekerleklere tutturulmuş metal disklere bir dizi sürtünme oluşturan blok itilir. Frenlere ne kadar sert basarsanız, bloklar disklere o kadar sert bastırılır ve daha fazla sürtünme olur. Bu, aracı hızlı bir şekilde durdurmanıza izin verir, ancak aynı zamanda çok fazla ısı açığa çıkarır, bu nedenle fren sistemleri, ani frenlemeden sonra genellikle çok ısınır.
3. Herhangi bir göreceli hareketi durdurun. Bu, bir yüzey diğerine göre hareket ederse, onu durdurduğunuz anlamına gelir. Şimdiye kadar odaklandık dinamik (veya "kayma") sürtünme - iki nesne veya yüzey birbirine sürtündüğünde oluşan sürtünme. Aslında, bu tür bir sürtünme, statik sürtünme - bir nesne başka bir nesneye karşı hareket etmeye başladığında ortaya çıkan sürtünme. Esasen, iki nesne arasındaki sürtünme, birbirlerine karşı hareket etmeye başladıklarında en yüksek seviyededir. Harekete geçtiklerinde sürtünme azalır. Bu, ağır bir nesneyi tutmaktan çok hareket ettirmenin zor olmasının nedenlerinden biridir.
   • Statik ve dinamik sürtünme arasındaki farkı gözlemlemek için aşağıdaki basit deneyi deneyin: Evinizdeki düz bir zemine bir sandalye veya başka bir mobilya yerleştirin (kilim veya halı üzerine değil). Mobilyanın alt kısmında herhangi bir koruyucu "çıtçıt" veya yerde kaymayı kolaylaştıracak başka herhangi bir malzeme olmadığından emin olun. Mobilyaları dene sadece yeterince sert itin ki hareket etmeye başlasın. Mobilya hareket etmeye başladığında, itmenin çok daha kolay hale geldiğini fark etmelisiniz. Bunun nedeni, mobilya ile zemin arasındaki dinamik sürtünmenin statik sürtünmeden daha küçük olmasıdır.
4. Yüzeyler arasındaki sıvıları çıkarın. Yağ, gres, vazelin vb. Sıvılar nesneler ve yüzeyler arasındaki sürtünmeyi önemli ölçüde azaltabilir. Bunun nedeni, iki katı arasındaki sürtünmenin genellikle katılar ve aradaki sıvı arasındaki sürtünmeden çok daha yüksek olmasıdır. Sürtünmeyi artırmak için, sadece "kuru" parçalar sürtünmeye neden olarak denklemden tüm olası sıvıları çıkarabilirsiniz.
   • Sıvıların sürtünmeyi ne ölçüde azaltabileceğine dair bir fikir edinmek için aşağıdaki basit deneyi deneyin: Ellerinizi soğuksa ve ısıtmak istiyorsanız birbirine sürtün. Sürtünmeden dolayı ısındıklarını hemen fark edebilmelisiniz. Sonra avuç içlerinize makul miktarda losyon sürün ve aynısını tekrar yapmaya çalışın. Ellerinizi çabucak birbirine sürtmek daha kolay olmakla kalmaz, aynı zamanda daha az ısındığını da fark edeceksiniz.
5. Kayma sürtünmesi oluşturmak için tekerlekleri veya taşıyıcıları çıkarın. Tekerlekler, taşıyıcılar ve diğer "yuvarlanan" nesneler, yuvarlanma sürtünmesi adı verilen özel bir sürtünme türü yaşarlar. Bu sürtünme neredeyse her zaman aynı nesnenin zemin üzerinde kaydırılmasıyla oluşan sürtünmeden daha azdır. - Bu nesnelerin yerde kayma eğiliminde olmalarının nedeni budur. Mekanik bir sistemde sürtünmeyi artırmak için tekerlekleri, taşıyıcıları vb. Kaldırabilirsiniz, böylece parçalar birbirlerine değil, birbirlerine doğru kayarlar.
   • Örneğin, bir vagonda ağır bir ağırlığı yere çekmek ile bir vagondaki eşdeğer bir ağırlık arasındaki farkı düşünün. Bir vagonun tekerlekleri vardır, bu nedenle, çok fazla kayma sürtünmesi oluştururken zemin boyunca sürüklenen bir vagondan daha kolay çekilir.
6. Viskoziteyi artırın. Sürtünme yaratabilecek tek şey katı nesneler değildir. Sıvı maddeler (sırasıyla su ve hava gibi sıvılar ve gazlar) da sürtünme oluşturabilir. Bir sıvının bir katının yanından geçtiğinde oluşturduğu sürtünme miktarı birkaç faktöre bağlıdır. Kontrol edilmesi en kolay olanlardan biri viskozitedir - bu, genellikle "kalınlık" olarak anılan şeydir. Genel olarak, yüksek viskoziteye sahip sıvılar ("kalın", "yapışkan", vb.), Daha az viskoz olan sıvılardan ("pürüzsüz" ve "sıvı") daha fazla sürtünmeye neden olacaktır.
   • Örneğin, kamıştan su üflerken, kamıştan bal üflerken yapmanız gereken efor farkını düşünün. Su çok viskoz değildir ve kamışın içinde kolayca hareket eder. Balı bir kamışla üflemek çok daha zordur. Bunun nedeni, balın yüksek viskozitesinin, saman gibi dar bir tüpten üflendiğinde çok fazla direnç ve dolayısıyla sürtünme oluşturmasıdır.

Yöntem 2/2: Sıvı veya gazdaki direnci artırın

1. Sıvının viskozitesini artırın. Bir nesnenin içinden geçtiği ortam, nesneye, bir bütün olarak, nesne üzerindeki sürtünme kuvvetini ortadan kaldırmaya çalışan bir kuvvet uygular. Bir sıvı ne kadar yoğunsa (ve dolayısıyla daha viskozsa), belirli bir kuvvetin etkisi altında bir nesne o sıvı içinde o kadar yavaş hareket eder. Örneğin: bir mermer havadan sudan çok daha hızlı ve sudan da şuruptan daha hızlı düşecektir.
   • Çoğu sıvının viskozitesi, sıcaklık düşürülerek artırılabilir. Örneğin: bir mermer, oda sıcaklığında soğuk şuruptan, şuruptan daha yavaş düşer.
2. Havaya maruz kalan alanı artırın. Yukarıda belirtildiği gibi, su ve hava gibi sıvı maddeler katıların yanından geçerken sürtünme oluşturabilir. Bir nesnenin sıvı bir maddenin içinden geçerken yaşadığı sürtünme kuvvetine direnç denir (ortama bağlı olarak buna "hava direnci", "su direnci", vb. De denir.) Direncin özelliklerinden biri, bir nesnenin olmasıdır. daha büyük bir enine kesite sahip olan, yani akışkan içinde hareket ederken daha büyük bir profile sahip bir nesne daha fazla direnç yaşar. Bu, sıvının itilmesi için daha fazla yüzey sağlar ve bu da nesnenin içinden geçerken üzerindeki sürtünmeyi artırır.
   • Bir çakıl taşı ve bir kağıt yaprağının her birinin ağırlığı bir gram olduğunu varsayalım. İkisinin de aynı anda düşmesine izin verirsek, kağıt parçası yavaşça aşağı doğru dönerken çakıl taşı dümdüz düşecektir. Hava direncinin hareket halinde olduğunu gördüğünüz yer burasıdır - hava, direnç oluşturarak kağıdın geniş, geniş yüzeyine karşı iter ve kağıt, nispeten dar bir kesite sahip olan çakıl taşından çok daha yavaş düşer.
3. Daha fazla dirençli bir şekil seçin. Bir nesnenin kesiti iyi olsa da genel direncin boyutunun bir göstergesidir, gerçekte direnç hesaplamaları çok daha karmaşıktır. Farklı şekiller, geçtikleri sıvılarda farklı şekillerde davranırlar - bu, bazı şekillerin (örneğin düz plakalar) aynı malzemeden yapılmış diğerlerinden (örneğin küreler) daha dirençli olduğu anlamına gelir. Hava direncinin nispi büyüklüğünün ölçüsü "sürükleme katsayısı" olarak da adlandırıldığından, büyük hava direncine sahip şekillerin daha yüksek bir sürükleme katsayısına sahip olduğu söylenir.
   • Örneğin bir uçağın kanatlarını düşünün. Bir uçağın tipik bir kanadının şekline a kanat. Bu pürüzsüz, dar ve yuvarlak şekil havada kolayca hareket eder. Sürtünme katsayısı çok düşük - 0,45. Öte yandan, bir kanadın keskin açılara sahip olduğunu, blok şeklinde olduğunu veya prizma gibi göründüğünü hayal edebilirsiniz. Bu kanatlar, uçuş sırasında çok fazla direnç oluşturdukları için çok daha fazla sürtünme üretirler. Bu nedenle prizmalar, kanat profillerinden daha büyük bir sürükleme katsayısına sahiptir - yaklaşık 1.14.
4. Nesneyi daha az aerodinamik hale getirin. Çeşitli şekillerin farklı sürükleme katsayıları ile ilgili bir başka fenomen, daha büyük, daha kare bir "kaplamaya" sahip nesnelerin genellikle diğer nesnelerden daha fazla sürükleme oluşturmasıdır. Bu nesneler pürüzlü, düz çizgilerden oluşur ve genellikle arkaya doğru daralmaz. Öte yandan, aerodinamik nesneler genellikle daha yuvarlaktır ve tıpkı bir balık gövdesi gibi arkaya doğru incelir.
   • Örneğin, ortalama bir aile arabasının bugün tasarlanma şekli, onlarca yıl önceki aynı tip ile karşılaştırıldığında. Geçmişte arabalar çok daha engebeli ve çok daha düz ve dikdörtgen hatlara sahipti. Bugün, çoğu aile arabası çok daha modern ve büyük ölçüde yumuşak bir şekilde yuvarlatılmış. Bu bilinçli olarak yapılır - aerodinamik bir şekil, bir arabanın daha az sürtünme yaşayacağı anlamına gelir ve motorun aracı hareket ettirme çabasını azaltır (ve gaz kilometresini azaltır).
5. Daha az havanın geçmesine izin veren malzeme kullanın. Bazı malzemeler sıvıların ve gazların geçmesine izin verir. Diğer bir deyişle, sıvının geçmesi için delikler vardır. Bu, sıvının ittiği nesnenin yüzeyinin küçülmesini ve böylece daha az direnç olmasını sağlar.Bu özellik, delikler mikroskobik olsa bile geçerliliğini korur - delikler sıvının / havanın geçmesine izin verecek kadar büyük olduğu sürece, direnç azalacaktır. Bu nedenle çok fazla hava direnci oluşturmak ve böylece birisinin veya bir şeyin düşme hızını azaltmak için tasarlanan paraşütler, pamuk veya kahve filtrelerinden değil, güçlü, hafif ipek veya naylondan yapılmıştır.
   • Bu özelliğin uygulamalı bir örneğini vermek için, içinde birkaç delik açtığınızda bir pinpon sopasına ne olduğunu düşünün. Daha sonra raketin hızla hareket ettirilmesi çok daha kolay hale gelir. Delikler, raket sallanırken havanın geçmesine izin verir, bu da direnci büyük ölçüde azaltır ve raketin daha hızlı hareket etmesini sağlar.
6. Nesnenin hızını artırın. Son olarak, bir nesnenin şekli veya yapıldığı malzeme ne kadar geçirgen olursa olsun, daha hızlı hareket ettikçe karşılaştığı direnç her zaman artacaktır. Bir nesne ne kadar hızlı hareket ederse, o kadar fazla sıvı hareket etmek zorunda kalır ve bu da direnci artırır. Çok yüksek hızlarda hareket eden nesneler, yüksek direnç nedeniyle çok yüksek sürtünme yaşayabilir, bu nedenle bu nesneler genellikle orada aerodinamik hale getirilir veya direnç kuvveti nedeniyle parçalanırlar.
   • Soğuk Savaş sırasında yapılmış deneysel bir casus uçağı olan Lockheed SR-71 "Blackbird" ü düşünün. Mach 3.2'den daha yüksek hızlarda uçabilen Blackbird, aerodinamik tasarımına rağmen bu yüksek hızlardan aşırı dirençle karşılaştı - uçuş sırasında havadan kaynaklanan sürtünme nedeniyle uçağın metal gövdesinin genişlemesine neden olacak kadar aşırı. .

Uyarılar

• Son derece yüksek sürtünme, ısı şeklinde çok fazla enerji açığa çıkarabilir! Örneğin, frene sertçe bastıktan hemen sonra arabanızın fren balatalarına gerçekten dokunmak istemezsiniz!
• Bir akışkan içinden sürüklendiğinde salınan büyük kuvvetler, o nesnede yapısal hasara neden olabilir. Örneğin, bir sürat teknesinde seyrederken ince bir kontrplak parçasının düz tarafını suya yapıştırırsanız, muhtemelen parçalara ayrılacaktır.