Indhold

• At træde
• Metode 1 af 2: Oprettelse af en ru overflade
• Metode 2 af 2: Forøg modstanden i en væske eller gas
• Advarsler

Har du nogensinde spekuleret på, hvorfor dine hænder bliver varme, når du hurtigt gnider dem sammen, eller hvorfor du rent faktisk kan starte en brand ved at gnide to pinde sammen? Svaret er friktion! Når to overflader gnider mod hinanden, vil de modvirke hinandens bevægelse på et mikroskopisk niveau. Denne modstand genererer energi i form af varme, som du kan bruge til at varme dine hænder, skabe en brand osv. Jo større friktion, jo mere energi frigives, så ved hvordan man øger friktionen mellem to bevægelige. dele i et mekanisk system giver dig grundlæggende mulighed for at generere en masse varme!

At træde

Metode 1 af 2: Oprettelse af en ru overflade

1. Opret flere “ru” eller klæbrige kontaktpunkter. Når to materialer glider eller gnides mod hinanden, kan der ske tre ting: små hjørner, revner og uregelmæssigheder på overfladen kan blive fanget; den ene eller begge overflader kan deformeres som reaktion på bevægelsen; og til sidst kan atomer i enhver overflade begynde at interagere med hinanden. Til praktiske formål gør alle disse tre de samme ting: skab friktion. Udvælgelse af overflader, der er slibende (som sandpapir), deformeres (som gummi) eller klæbrige (som lim osv.) Er en nem måde at øge friktionen på.
   • Tekniske lærebøger og lignende ressourcer kan være en god hjælp til at vælge materialer, der skal bruges til at øge friktionen. De fleste standard byggematerialer har en kendt "friktionskoefficient" - det vil sige et mål for, hvor meget friktion der genereres sammen med andre overflader. Friktionskoefficienterne for kun nogle få kendte materialer er angivet nedenfor (en højere værdi indikerer en højere friktion):
   • Aluminium på aluminium: 0,34
   • Træ på træ: 0,129
   • Tør beton på gummi: 0,6-0,85
   • Våd beton på gummi: 0,45-0,75
   • Is på is: 0,01
2. Skub de to overflader hårdere sammen. En grundlæggende definition i fysik siger, at den friktion, en genstand gennemgår, er proportional med den normale kraft (for vores formål er denne kraft lig med den, som objektet skubber mod den anden med). Dette betyder, at friktionen mellem to overflader kan øges, hvis overfladerne skubbes sammen med mere kraft.
   • Hvis du nogensinde har brugt bremseskiver (for eksempel dem på en bil eller cykel), så har du set dette princip i aktion. I dette tilfælde skubbes et sæt friktionsgenererende blokke mod metalskiver, der er fastgjort til hjulene, ved at trykke på bremserne. Jo hårdere du trykker på bremserne, desto hårdere bliver blokkene presset mod skiverne, og der vil være mere friktion. Dette giver dig mulighed for hurtigt at stoppe køretøjet, men frigiver også meget varme, hvorfor bremsesystemer ofte er meget varme efter kraftig bremsning.
3. Stop enhver relativ bevægelse. Dette betyder, at hvis en overflade bevæger sig i forhold til en anden, stopper du den. Indtil videre har vi fokuseret på dynamisk (eller "glidende") friktion - den friktion, der opstår, når to objekter eller overflader gnider mod hinanden. Faktisk er denne form for friktion forskellig fra statisk friktion - den friktion, der opstår, når et objekt begynder at bevæge sig mod et andet objekt. I det væsentlige er friktionen mellem to objekter størst, når de begynder at bevæge sig mod hinanden. Når de er i bevægelse, falder friktionen. Dette er en af ​​grundene til, at det er svært at få en tung genstand i bevægelse end at holde den.
   • For at observere forskellen mellem statisk og dynamisk friktion, prøv følgende enkle eksperiment: Placer en stol eller et andet møbel på et glat gulv i dit hjem (ikke på et tæppe eller tæppe). Sørg for, at møblerne ikke har nogen beskyttende "knopper" i bunden eller anden form for materiale, der gør det lettere at glide på gulvet. Prøv møblerne lige skubbe hårdt nok, så det begynder at bevæge sig. Du skal bemærke, at når møblerne begynder at bevæge sig, bliver det straks meget lettere at skubbe. Dette skyldes, at den dynamiske friktion mellem møbler og gulv er mindre end den statiske friktion.
4. Fjern væsker mellem overfladerne. Væsker såsom olie, fedt, vaselin osv. Kan reducere friktionen mellem genstande og overflader betydeligt. Dette skyldes, at friktionen mellem to faste stoffer normalt er meget højere end mellem faste stoffer og en væske imellem. For at øge friktionen kan du tage alle mulige væsker ud af ligningen, hvor kun "tørre" dele forårsager friktion.
   • Prøv følgende enkle eksperiment for at få en idé om, i hvilket omfang væsker kan reducere friktion: Gnid dine hænder sammen, hvis de er kolde, og du vil varme dem op. Du skal være i stand til straks at bemærke, at de bliver varmere efter gnidningen. Sæt derefter en hel del lotion på dine håndflader, og prøv at gøre det samme igen. Ikke kun skal det være lettere at gnide hænderne hurtigt sammen, men du vil også bemærke, at de bliver mindre varme.
5. Fjern hjul eller bærere for at skabe glidende friktion. Hjul, bærere og andre "rullende" genstande oplever en særlig friktionstype kaldet rullende friktion. Denne friktion er næsten altid mindre end den friktion, der genereres ved at skubbe den samme genstand over jorden. - Dette er grunden til, at disse genstande har tendens til at rulle og ikke glide på jorden. For at øge friktionen i et mekanisk system kan du fjerne hjul, bærere osv., Så delene glider mod hinanden og ikke ruller.
   • Overvej for eksempel forskellen mellem at trække en tung vægt over jorden i en vogn versus en tilsvarende vægt i en vogn. En vogn har hjul, så det er lettere at trække end en vogn, der trækker langs jorden, mens den genererer en masse glidende friktion.
6. Forøg viskositeten. Solide objekter er ikke de eneste ting, der kan skabe friktion. Flydende stoffer (væsker og gasser som henholdsvis vand og luft) kan også skabe friktion. Mængden af ​​friktion, som en væske genererer, når den flyder forbi et fast stof, afhænger af flere faktorer. En af de nemmeste at kontrollere er viskositet - det er det, der ofte kaldes "tykkelse". Generelt vil væsker med høj viskositet (de er "tykke", "klæbrige" osv.) Forårsage mere friktion end væsker, der er mindre tyktflydende (de er "glatte" og "flydende").
   • Overvej for eksempel forskellen i indsats, du bliver nødt til at gøre, når du blæser vand gennem et sugerør i forhold til at blæse honning gennem et sugerør. Vand er ikke særlig tyktflydende og bevæger sig let gennem halmen. Honning er meget sværere at blæse gennem et sugerør. Dette skyldes, at honningens høje viskositet genererer meget modstand og dermed friktion, når den blæses gennem et smalt rør som et sugerør.

Metode 2 af 2: Forøg modstanden i en væske eller gas

1. Forøg væskens viskositet. Mediet, gennem hvilket et objekt bevæger sig, udøver en kraft på objektet, som som helhed forsøger at annullere friktionskraften på objektet. Jo tættere en væske er (og derfor mere tyktflydende), jo langsommere bevæger en genstand sig gennem væsken under påvirkning af en given kraft. For eksempel: en marmor vil falde gennem luften meget hurtigere end gennem vand og gennem vand hurtigere end gennem sirup.
   • Viskositeten af ​​de fleste væsker kan øges ved at sænke temperaturen. For eksempel: en marmor falder langsommere gennem kold sirup end gennem sirup ved stuetemperatur.
2. Forøg det område, der udsættes for luft. Som angivet ovenfor kan flydende stoffer såsom vand og luft danne friktion, når de strømmer forbi faste stoffer. Friktionskraften, som en genstand oplever, når den bevæger sig gennem et flydende stof, kaldes modstand (afhængigt af mediet kaldes dette også "luftmodstand", "vandmodstand" osv.) En af egenskaberne ved modstand er, at en genstand med et større tværsnit - det vil sige en genstand med en større profil, når den bevæger sig gennem væsken - oplever mere modstand. Dette giver væsken mere overflade at skubbe mod, hvilket øger friktionen på objektet, når den bevæger sig gennem den.
   • Antag, at en sten og et ark papir hver vejer et gram. Hvis vi lader begge falde på samme tid, vil rullesten falde lige ned, mens papiret langsomt svirrer ned. Det er her, du ser luftmodstanden i aktion - luften skubber mod den store, brede overflade af papiret, hvilket skaber modstand, og papiret falder meget langsommere ned end rullestenen, der har et relativt smalt tværsnit.
3. Vælg en form med større modstand. Selvom tværsnittet af et objekt er godt generel er en indikation af modstandens størrelse, i virkeligheden er modstandsberegninger meget mere komplicerede. Forskellige former opfører sig på forskellige måder i de væsker, de passerer igennem - det betyder, at nogle former (f.eks. Flade plader) er mere modstandsdygtige end andre (f.eks. Kugler) lavet af det samme materiale. Fordi målingen for den relative størrelse af luftmodstanden også kaldes "trækkoefficient", siges det, at former med stor luftmodstand har en højere trækkoefficient.
   • Overvej for eksempel et flys vinger. Formen på en typisk fløj af et fly kaldes en flyvefolie. Denne glatte, smalle og afrundede form bevæger sig let gennem luften. Trækkoefficienten er meget lav - 0,45. På den anden side kan du forestille dig, at en vinge har skarpe vinkler, er blokformet eller ligner et prisme. Disse vinger genererer meget mere friktion, fordi de genererer meget modstand under flyvning. Prismer har således en større trækkoefficient end vingeprofiler - ca. 1,14.
4. Gør objektet mindre strømlinet. Et andet fænomen relateret til de forskellige trækkoefficienter i de forskellige former er, at objekter med en større, mere firkantet "kappe" generelt genererer mere træk end andre objekter. Disse objekter består af ru, lige linjer og indsnævres normalt ikke bagud. På den anden side er strømlinede genstande ofte mere afrundede og tilspidsede bagud - ligesom en fiskes krop.
   • For eksempel den måde, som den gennemsnitlige familiebil er designet i dag sammenlignet med den samme type for årtier siden. Tidligere var biler meget mere blokerede og havde meget mere lige og rektangulære linjer. I dag er de fleste familiebiler meget mere strømlinede og i vid udstrækning blødt afrundede. Dette gøres med vilje - en strømlinet form betyder, at en bil oplever mindre træk, hvilket reducerer motorens anstrengelse for at flytte bilen (og reducerer antallet af benzin).
5. Brug materiale, der tillader mindre luft at passere igennem. Nogle materialer tillader væsker og gasser at passere igennem. Med andre ord er der huller, som væsken kan passere igennem. Dette sikrer, at overfladen på objektet, som væsken skubber mod, bliver mindre, så der er mindre modstand.Denne egenskab forbliver gyldig, selvom hullerne er mikroskopiske - så længe hullerne er store nok til at lade væske / luft passere igennem, reduceres modstanden. Det er grunden til, at faldskærme, der er designet til at generere en masse luftmodstand og derved reducere hastigheden for at falde for nogen eller noget, er lavet af stærk, lys silke eller nylon og ikke bomulds- eller kaffefiltre.
   • For at give et eksempel på denne egenskab i aktion skal du overveje, hvad der sker med en bordtennisbat, når du borer et par huller i den. Det bliver så meget lettere at flytte padlen hurtigt. Hullerne tillader luft at passere igennem, mens du svinger padlen, hvilket i høj grad reducerer modstanden og gør det muligt for padlen at bevæge sig hurtigere.
6. Forøg objektets hastighed. Endelig, uanset formen på et objekt eller hvor gennemtrængeligt materialet det er lavet af, vil modstanden, det møder, altid øges, når det bevæger sig hurtigere. Jo hurtigere et objekt bevæger sig, desto mere væske skal det bevæge sig, hvilket igen øger modstanden. Objekter, der bevæger sig ved meget høje hastigheder, kan opleve meget høj friktion på grund af den høje modstand, så disse genstande vil normalt blive strømlinet der, ellers vil de falde fra hinanden på grund af modstandskraften.
   • Overvej Lockheed SR-71 "Blackbird", et eksperimentelt spionplan bygget under den kolde krig. Blackbird, der kunne flyve med hastigheder større end mach 3.2, stødte på ekstrem modstand fra disse høje hastigheder på trods af dets strømlinede design - ekstrem nok til at få flyets metalskrog til at ekspandere på grund af varmen genereret af friktion fra luften under flyvning. .

Advarsler

• Ekstremt høj friktion kan frigive en masse energi i form af varme! For eksempel vil du virkelig ikke røre ved din bils bremseklodser lige efter at du har ramt bremserne hårdt!
• De store kræfter, der frigøres, når de trækkes gennem en væske, kan forårsage strukturel skade på objektet. For eksempel, hvis du stikker den flade side af et tyndt stykke krydsfiner i vandet, mens du sejler på en speedbåd, er chancerne for, at den bliver revet i stykker.