محتوا

• گام برداشتن
• روش 1 از 2: ایجاد یک سطح خشن تر
• روش 2 از 2: مقاومت در مایع یا گاز را افزایش دهید
• هشدارها

آیا تا به حال فکر کرده اید که چرا دستانتان را به سرعت می مالید یا چرا می توانید با مالیدن دو چوب به هم آتش بزنید؟ پاسخ اصطکاک است! هنگامی که دو سطح به یکدیگر مالیده شوند ، حرکت یکدیگر را در سطح میکروسکوپی خنثی می کنند. این مقاومت انرژی را به صورت گرما تولید می کند ، که می توانید با استفاده از آن دستان خود را گرم کنید ، آتش بسوزید و غیره. هر چه اصطکاک بیشتر باشد ، انرژی بیشتری آزاد می شود ، بنابراین بدانید که چگونه اصطکاک بین دو حالت متحرک را افزایش دهید. قطعات در سیستم مکانیکی اساساً به شما امکان تولید گرمای زیاد را می دهند!

گام برداشتن

روش 1 از 2: ایجاد یک سطح خشن تر

1. نقاط تماس "خشن" یا چسبناک بیشتری ایجاد کنید. وقتی دو ماده به یکدیگر سر می خورند یا می مالند ، سه اتفاق می افتد: گوشه های کوچک ، شکاف ها و بی نظمی های سطح می تواند گیر کند. یک یا هر دو سطح می توانند در پاسخ به حرکت تغییر شکل دهند. و در نهایت ، اتم ها در هر سطح می توانند شروع به تعامل با یکدیگر کنند. برای اهداف عملی ، هر سه اینها همان کار را می کنند: ایجاد اصطکاک. برداشتن سطوح ساینده (مانند کاغذ سنباده) ، تغییر شکل یافته (مانند لاستیک) یا چسبناک (مانند چسب و غیره) یک روش آسان برای افزایش اصطکاک است.
   • کتابهای درسی فنی و منابع مشابه می توانند کمک بزرگی در انتخاب مواد مورد استفاده برای افزایش اصطکاک داشته باشند. بیشتر مصالح ساختمانی استاندارد "ضریب اصطکاک" شناخته شده دارند - یعنی اندازه گیری میزان اصطکاک همراه با سایر سطوح. ضرایب اصطکاک فقط برای چند ماده شناخته شده در زیر ذکر شده است (مقدار بالاتر نشان دهنده اصطکاک بالاتر است):
   • آلومینیوم روی آلومینیوم: 0.34
   • چوب روی چوب: 0.129
   • بتن خشک روی لاستیک: 0.6-0.85
   • بتن مرطوب روی لاستیک: 0.45-0.75
   • یخ روی یخ: 01/0
2. دو سطح را بیشتر به هم فشار دهید. در یک تعریف اساسی در فیزیک آمده است که اصطکاک یک جسم متناسب با نیروی عادی است (برای هدف ما این نیرو برابر با جسمی است که جسم به سمت دیگر فشار می آورد). این بدان معنی است که اگر سطوح با نیروی بیشتری به یکدیگر فشار داده شوند ، می توان اصطکاک بین دو سطح را افزایش داد.
   • اگر تا به حال از دیسک های ترمز استفاده کرده اید (مثلاً آنهایی که روی ماشین یا دوچرخه هستند) پس این اصل را عملی مشاهده کرده اید. در این حالت ، با فشار دادن ترمزها ، مجموعه ای از بلوک های تولید اصطکاک به دیسک های فلزی متصل شده به چرخ ها رانده می شوند. هرچه ترمز را بیشتر فشار دهید ، بلوک ها به دیسک ها فشار می آورند و اصطکاک بیشتری ایجاد می شود. این امکان را برای شما فراهم می کند تا وسیله نقلیه را به سرعت متوقف کنید ، اما گرمای زیادی را نیز آزاد می کند ، به همین دلیل سیستم های ترمز اغلب پس از ترمز شدید بسیار داغ می شوند.
3. هرگونه حرکت نسبی را متوقف کنید. این بدان معنی است که اگر یک سطح نسبت به سطح دیگر حرکت کند ، آن را متوقف می کنید. تاکنون ما روی پویا اصطکاک (یا "کشویی") - اصطکاکی که هنگام مالش دو جسم یا سطح روی یکدیگر ایجاد می شود. در واقع ، این شکل از اصطکاک متفاوت است ساکن اصطکاک - اصطکاک زمانی رخ می دهد که جسمی شروع به حرکت در برابر جسم دیگری می کند. در اصل ، اصطکاک بین دو جسم بیشترین زمانی است که آنها شروع به حرکت در برابر یکدیگر کنند. هنگامی که آنها در حرکت هستند ، اصطکاک کاهش می یابد. این یکی از دلایلی است که به سختی می توان اجسام سنگین را از حرکت نگه داشت.
   • برای مشاهده تفاوت اصطکاک استاتیک و دینامیک ، آزمایش ساده زیر را امتحان کنید: یک صندلی یا مبلمان دیگر را روی زمین صاف خانه (نه روی فرش یا فرش) قرار دهید. اطمینان حاصل کنید که مبلمان هیچ "گل میخ" محافظی در پایین یا هر نوع ماده دیگری ندارد که باعث آسانتر شدن سر خوردن آن روی زمین شود. مبلمان را امتحان کنید فقط به اندازه کافی فشار دهید تا شروع به حرکت کند. باید توجه داشته باشید که هنگامی که مبلمان شروع به حرکت می کند ، فشار آن فوراً آسانتر می شود. زیرا اصطکاک دینامیکی بین مبلمان و کف از اصطکاک ساکن کوچکتر است.
4. مایعات را از بین سطوح پاک کنید. مایعاتی مانند روغن ، گریس ، ژل نفتی و ... می توانند اصطکاک بین اجسام و سطوح را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. این بدان دلیل است که اصطکاک بین دو ماده جامد معمولاً بسیار بیشتر از ماده جامد و یک مایع در این بین است. برای افزایش اصطکاک ، می توانید تمام مایعات ممکن را از معادله خارج کنید ، فقط قسمتهای "خشک" باعث اصطکاک می شوند.
   • آزمایش ساده زیر را امتحان کنید تا در مورد میزان مایعات در کاهش اصطکاک تصور کنید: اگر دستانتان سرد است و می خواهید آنها را گرم کنید به هم بمالید. باید بلافاصله متوجه گرم شدن آنها از مالش شوید. سپس مقدار کافی لوسیون را روی کف دست خود قرار داده و سعی کنید دوباره همین کار را انجام دهید. نه تنها باید سریعتر دست های خود را به هم بمالید ، بلکه گرم شدن آنها را نیز متوجه خواهید شد.
5. چرخ ها یا حامل ها را بردارید تا اصطکاک کشویی ایجاد کند. چرخ ها ، حامل ها و سایر اجسام "نورد" نوع خاصی از اصطکاک را به نام اصطکاک غلتک تجربه می کنند. این اصطکاک تقریباً همیشه کمتر از اصطکاک ایجاد شده در اثر لغزش همان جسم روی زمین است. - به همین دلیل است که این اشیا تمایل به غلتیدن دارند و روی زمین نمی لغزند. برای افزایش اصطکاک در یک سیستم مکانیکی ، می توانید چرخ ها ، حامل ها و غیره را بردارید تا قطعات به سمت یکدیگر بلغزانند ، نه غلت بزنند.
   • به عنوان مثال ، تفاوت بین کشیدن وزنه سنگین از روی زمین در کالسکه در مقابل وزن معادل آن در کالسکه را در نظر بگیرید. واگن دارای چرخ است ، بنابراین کشیدن آن آسانتر از کالسکه ای است که در طول زمین کشیده می شود در حالی که اصطکاک کشویی زیادی ایجاد می کند.
6. ویسکوزیته را افزایش دهید. اجسام جامد تنها مواردی نیستند که می توانند اصطکاک ایجاد کنند. مواد مایع (به ترتیب مایعات و گازهایی مانند آب و هوا) نیز می توانند اصطکاک ایجاد کنند. میزان اصطکاک مایعات هنگام عبور از کنار ماده جامد به عوامل مختلفی بستگی دارد. یکی از آسانترین کنترل ویسکوزیته است - این همان چیزی است که معمولاً "ضخامت" نامیده می شود. به طور کلی ، مایعات با گرانروی زیاد (آنهایی که "ضخیم" ، "چسبناک" و غیره هستند) اصطکاک بیشتری نسبت به مایعات کم چسب (آنها "صاف" و "مایع" هستند) ایجاد می کنند.
   • به عنوان مثال ، تفاوت تلاشی را که باید هنگام دمیدن آب از طریق نی در مقابل دمیدن عسل از طریق نی انجام دهید ، در نظر بگیرید. آب خیلی چسبناک نیست و به راحتی از طریق کاه حرکت می کند. از بین بردن نی ، عسل بسیار دشوارتر است. زیرا ویسکوزیته بالای عسل باعث ایجاد مقاومت و در نتیجه اصطکاک در هنگام دمیدن از طریق یک لوله باریک مانند نی می شود.

روش 2 از 2: مقاومت در مایع یا گاز را افزایش دهید

1. ویسکوزیته مایع را افزایش دهید. محیطی که از طریق آن یک جسم عبور می کند ، نیرویی به جسم وارد می کند که به طور کلی ، تلاش می کند نیروی اصطکاک آن جسم را لغو کند. هر چقدر مایع چگالتر باشد (و در نتیجه چسبناک تر است) ، یک جسم تحت تأثیر یک نیروی معین کندتر از آن مایع حرکت می کند. به عنوان مثال: سنگ مرمر خیلی سریعتر از طریق آب و از طریق آب سریعتر از شربت در هوا می ریزد.
   • ویسکوزیته اکثر مایعات را می توان با کاهش دما افزایش داد. به عنوان مثال: سنگ مرمر از طریق شربت سرد کندتر از شربت در دمای اتاق می افتد.
2. منطقه در معرض هوا را افزایش دهید. همانطور که در بالا نشان داده شد ، مواد مایع مانند آب و هوا هنگام عبور از مواد جامد می توانند اصطکاک ایجاد کنند. نیروی اصطکاکی که یک جسم هنگام حرکت از طریق یک ماده مایع تجربه می کند ، مقاومت نامیده می شود (بسته به محیط ، "مقاومت هوا" ، "مقاومت در برابر آب" و غیره نیز نامیده می شود.) یکی از خصوصیات مقاومت این است که یک جسم با مقطع بزرگتر - یعنی جسمی با مشخصات بیشتر هنگام حرکت در مایع - مقاومت بیشتری را تجربه می کند. این به مایع سطح بیشتری برای فشار دادن می دهد که با حرکت در جسم اصطکاک را افزایش می دهد.
   • فرض کنید هر سنگریزه و یک ورق کاغذ یک گرم وزن دارند. اگر بگذاریم هر دو همزمان بیفتند ، سنگریزه مستقیم پایین می افتد در حالی که ورق کاغذ به آرامی به سمت پایین می چرخد. اینجاست که مقاومت هوا را در حال عمل می بینید - هوا به سطح وسیع و گسترده کاغذ فشار می آورد و مقاومت ایجاد می کند و کاغذ بسیار کندتر از سنگریزه که دارای مقطع عرضی نسبتاً باریکی است ، پایین می آید.
3. شکلی را با مقاومت بیشتر انتخاب کنید. اگرچه سطح مقطع یک جسم خوب است عمومی نشانه ای از اندازه مقاومت است ، در واقع محاسبات مقاومت بسیار پیچیده تر است. اشکال مختلف در مایعاتی که از آنها عبور می کنند به طرق مختلف رفتار می کنند - این بدان معنی است که برخی از اشکال (به عنوان مثال صفحات تخت) نسبت به بقیه (مثلا کره ها) ساخته شده از همان ماده مقاومت بیشتری دارند. از آنجا که به معیار اندازه نسبی مقاومت هوا "ضریب درگ" نیز گفته می شود ، گفته می شود اشکال با مقاومت زیاد در هوا ضریب درگ بیشتری دارند.
   • به عنوان مثال بال های هواپیما را در نظر بگیرید. شکل بال معمولی هواپیما a نامیده می شود ایر فویل. این شکل صاف ، باریک و گرد به راحتی از طریق هوا حرکت می کند. ضریب درگ بسیار کم است - 0.45. از طرف دیگر ، می توانید تصور کنید که یک بال زاویه های تیز دارد ، به شکل بلوک است یا مانند منشور به نظر می رسد. این بال ها اصطکاک بسیار بیشتری ایجاد می کنند زیرا در پرواز مقاومت زیادی ایجاد می کنند. بنابراین منشورها ضریب درگ بیشتری نسبت به پروفیل های بال دارند - در حدود 14/1.
4. جسم را ساده تر کنید. پدیده دیگری که به ضرایب مختلف کشش از اشکال مختلف مربوط می شود این است که اشیا with با "پرینگ" مربع بزرگتر و به طور کلی کشش بیشتری نسبت به اشیا دیگر ایجاد می کنند. این اشیا of از خطوط ناهموار و مستقیم تشکیل شده اند و معمولاً به سمت پشت باریک نمی شوند. از طرف دیگر ، اشیا stream ساده معمولاً گردتر و باریک تر به سمت پشت هستند - مانند بدن ماهی.
   • به عنوان مثال ، روشی که امروزه یک اتومبیل خانوادگی متوسط ​​طراحی می شود در مقایسه با همان نوع دهه های قبل. در گذشته اتومبیل ها بسیار مسدودتر بودند و دارای خطوط مستقیم و مستطیلی بسیار بیشتری بودند. امروزه ، بیشتر اتومبیل های خانوادگی بسیار ساده تر و تا حدود زیادی ، به آرامی گرد می شوند. این کار به صورت عمدی انجام می شود - شکل ساده به این معنی است که اتومبیل کشیدن کمتری را تجربه می کند ، تلاش موتور برای حرکت ماشین را کاهش می دهد (و مسافت پیموده شده گاز را کاهش می دهد).
5. از موادی استفاده کنید که اجازه عبور هوای کمتری را بدهند. برخی از مواد باعث عبور مایعات و گازها می شوند. به عبارت دیگر ، سوراخهایی برای عبور مایع وجود دارد. این اطمینان می دهد که سطح جسمی که مایع در برابر آن فشار می آورد کوچکتر شود ، بنابراین مقاومت کمتری وجود دارد.این ویژگی حتی اگر میکروسکوپی سوراخ ها معتبر باشد - تا زمانی که سوراخ ها به اندازه کافی بزرگ باشند تا بتوانند از طریق آن مایع / هوا عبور کند ، مقاومت کاهش می یابد. به همین دلیل چترهایی که برای ایجاد مقاومت در برابر هوا زیاد و در نتیجه کاهش سرعت سقوط شخص یا چیزی طراحی شده اند ، از فیلترهای حریر ، ابریشم سبک یا نایلون ساخته شده اند و نه از فیلترهای پنبه ای یا قهوه ای.
   • برای مثال آوردن مثالی از این خاصیت ، به این فکر کنید که وقتی چند چاله در آن ایجاد می کنید ، چه اتفاقی برای یک خفاش پینگ پنگ می افتد. سپس حرکت سریع پارو بسیار آسانتر می شود. حفره ها باعث می شوند هنگام چرخش پارو ، هوا عبور کند که مقاومت را تا حد زیادی کاهش می دهد و باعث می شود تا پارو با سرعت بیشتری حرکت کند.
6. سرعت جسم را افزایش دهید. سرانجام ، صرف نظر از شکل یک شی یا میزان نفوذپذیری ماده ای که از آن ساخته شده است ، مقاومت با آن روبرو می شود و با سرعت بیشتر حرکت می کند. هرچه جسم سریعتر حرکت کند ، مایعات بیشتری نیز باید حرکت کند ، که در نتیجه مقاومت را افزایش می دهد. اجسامی که با سرعت بسیار بالایی حرکت می کنند به دلیل مقاومت زیاد می توانند اصطکاک بسیار بالایی را تجربه کنند ، بنابراین این اجسام معمولاً در آنجا ساده می شوند وگرنه در اثر نیروی مقاومت از بین می روند.
   • لاکهید SR-71 "Blackbird" را در نظر بگیرید ، یک هواپیمای تجسسی جاسوسی که در طول جنگ سرد ساخته شده است. Blackbird که می توانست با سرعتی بالاتر از Mach 3.2 پرواز کند ، علی رغم طراحی ساده آن ، با مقاومت شدید در برابر آن سرعت بالا روبرو شد - آنقدر شدید که باعث شود بدنه فلزی هواپیما به دلیل گرمای ایجاد شده توسط اصطکاک هوا هنگام پرواز منبسط شود. .

هشدارها

• اصطکاک بسیار زیاد می تواند انرژی زیادی را به صورت گرما آزاد کند! به عنوان مثال ، شما واقعاً نمی خواهید لنت ترمز ماشین خود را درست پس از برخورد شدید با ترمز لمس کنید!
• نیروهای بزرگی که هنگام کشیده شدن از طریق مایع آزاد می شوند می توانند باعث آسیب ساختاری به آن جسم شوند. به عنوان مثال ، اگر هنگام تردد با قایق تند تخته سه لا از نازک تخته سه لا را درون آب بچسبانید ، احتمال پاره شدن آن وجود دارد.