Sisältö

• Astua
• Menetelmä 1/2: Karkeamman pinnan luominen
• Menetelmä 2/2: Lisää nesteen tai kaasun vastusta
• Varoitukset

Oletko koskaan miettinyt, miksi kätesi lämpenevät, kun hiero niitä nopeasti yhteen tai miksi voit todella sytyttää tulen hankaamalla kaksi keppiä yhteen? Vastaus on kitka! Kun kaksi pintaa hieroo toisiaan vastaan, ne vastustavat toistensa liikettä mikroskooppisella tasolla. Tämä vastus tuottaa energiaa lämmön muodossa, jonka avulla voit lämmittää kätesi, tehdä tulen jne. Mitä suurempi kitka on, sitä enemmän energiaa vapautuu, joten osaa lisätä kahden liikkuvan välistä kitkaa. mekaanisen järjestelmän osat antavat sinulle periaatteessa mahdollisuuden tuottaa paljon lämpöä!

Astua

Menetelmä 1/2: Karkeamman pinnan luominen

1. Luo enemmän "karkeita" tai tahmeaja yhteyspisteitä. Kun kaksi materiaalia liukuu tai hieroo toisiaan vasten, voi tapahtua kolme asiaa: pienet kulmat, halkeamat ja pinnan epätasaisuudet voivat tarttua kiinni; yksi tai molemmat pinnat voivat deformoitua vastauksena liikkeeseen; ja lopulta minkä tahansa pinnan atomit voivat alkaa olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Käytännön tarkoituksiin kaikki nämä kolme tekevät saman: luovat kitkaa. Hankaavien pintojen (kuten hiekkapaperi), muodonmuutosten (kuten kumi) tai tahmeiden (kuten liima jne.) Poiminta on helppo tapa lisätä kitkaa.
   • Tekniset oppikirjat ja vastaavat materiaalit voivat olla hyviä apuvälineitä kitkan lisäämiseksi käytettävien materiaalien valinnassa. Useimmilla tavanomaisilla rakennusmateriaaleilla on tunnettu "kitkakerroin" - eli mittaa kuinka paljon kitkaa syntyy muiden pintojen kanssa. Seuraavassa luetellaan vain muutamien tunnettujen materiaalien kitkakertoimet (suurempi arvo tarkoittaa suurempaa kitkaa):
   • Alumiini alumiinilla: 0,34
   • Puu puulle: 0.129
   • Kuiva betoni kumilla: 0,6-0,85
   • Märkä betoni kumilla: 0,45-0,75
   • Jää jäillä: 0,01
2. Työnnä molemmat pinnat voimakkaammin yhteen. Fysiikan perusmäärittelyn mukaan objektin kitka on verrannollinen normaalivoimaan (tarkoituksellemme tämä voima on sama kuin se, jolla esine työntää toista vastaan). Tämä tarkoittaa, että kahden pinnan välistä kitkaa voidaan lisätä, jos pintoja työnnetään yhteen suuremmalla voimalla.
   • Jos olet joskus käyttänyt jarrulevyjä (esimerkiksi autossa tai polkupyörällä olevia), olet nähnyt tämän periaatteen toimivan. Tällöin jarruja painamalla joukko kitkaa tuottavia lohkoja työnnetään pyöriin kiinnitettyjä metallilevyjä vasten. Mitä kovemmin painat jarruja, sitä kovemmin palat painetaan levyjä vasten ja kitkaa tulee enemmän. Tämän avulla voit pysäyttää ajoneuvon nopeasti, mutta vapauttaa myös paljon lämpöä, minkä vuoksi jarrujärjestelmät ovat usein erittäin kuumia voimakkaiden jarrutusten jälkeen.
3. Pysäytä kaikki suhteelliset liikkeet. Tämä tarkoittaa, että jos yksi pinta liikkuu suhteessa toiseen, lopetat sen. Tähän mennessä olemme keskittyneet dynaaminen (tai "liukuva") kitka - kitka, joka tapahtuu, kun kaksi esinettä tai pintaa hieroo toisiaan vastaan. Itse asiassa tämä kitkamuoto eroaa staattinen kitka - kitka, joka tapahtuu, kun esine alkaa liikkua toista kohdetta vastaan. Pohjimmiltaan kahden kohteen välinen kitka on suurin, kun ne alkavat liikkua toisiaan vastaan. Kun ne ovat liikkeessä, kitka pienenee. Tämä on yksi syy siihen, miksi raskasta esinettä on vaikea saada liikkumaan kuin pitää se.
   • Kokeile seuraavaa yksinkertaista kokeilua staattisen ja dynaamisen kitkan välillä: Aseta tuoli tai muu huonekalu kotisi sileälle lattialle (ei matolle tai matolle). Varmista, että huonekalujen pohjassa ei ole suojaavia nastoja tai muuta materiaalia, joka helpottaa liukumista lattialle. Kokeile huonekaluja vain työnnä tarpeeksi kovaa, jotta se alkaa liikkua. Huomaa, että kun huonekalut alkavat liikkua, niiden työntäminen on heti paljon helpompaa. Tämä johtuu siitä, että huonekalujen ja lattian välinen dynaaminen kitka on pienempi kuin staattinen kitka.
4. Poista nesteet pintojen väliltä. Nesteet, kuten öljy, rasva, vaseliini jne., Voivat vähentää merkittävästi esineiden ja pintojen välistä kitkaa. Tämä johtuu siitä, että kahden kiintoaineen välinen kitka on yleensä paljon suurempi kuin kiintoaineen ja välissä olevan nesteen välillä. Kitkan lisäämiseksi voit poistaa kaikki mahdolliset nesteet yhtälöstä, jolloin vain "kuivat" osat aiheuttavat kitkaa.
   • Kokeile seuraavaa yksinkertaista kokeilua saadaksesi käsityksen siitä, missä määrin nesteet voivat vähentää kitkaa: Hiero kätesi yhteen, jos ne ovat kylmiä ja haluat lämmittää ne. Sinun pitäisi pystyä heti huomaamaan, että ne lämpenevät hankauksesta. Laita sitten kämmenillesi kohtuullinen määrä voidetta ja yritä tehdä sama uudelleen. Pitäisi olla helpompaa hieroa kätesi nopeasti yhteen, mutta huomaat myös, että ne kuumenevat vähemmän.
5. Poista pyörät tai kannattimet liukuvan kitkan muodostamiseksi. Pyörillä, alustoilla ja muilla "liikkuvilla" esineillä on erityinen kitka, jota kutsutaan vierintäkitkaksi. Tämä kitka on melkein aina pienempi kuin kitka, joka syntyy liu'uttamalla samaa esinettä maan yli. - Siksi nämä esineet yleensä vierivät eivätkä liu'u maahan. Mekaanisen järjestelmän kitkan lisäämiseksi voit poistaa pyörät, kannattimet jne. Siten, että osat liukuvat toisiaan vasten, eivät vieritä.
   • Harkitaan esimerkiksi eroa raskaan painon vetämisen vaunun maanpinnan ja vastaavan vaunun painon välillä. Vaunussa on pyörät, joten sitä on helpompi vetää kuin vaunua, joka vetää maata pitkin ja tuottaa paljon liukuvaa kitkaa.
6. Lisää viskositeettia. Kiinteät esineet eivät ole ainoita asioita, jotka voivat aiheuttaa kitkaa. Nestemäiset aineet (nesteet ja kaasut, kuten vesi ja ilma, vastaavasti) voivat myös aiheuttaa kitkaa. Kitkan määrä, jonka neste tuottaa, kun se virtaa kiinteän aineen ohi, riippuu useista tekijöistä. Yksi helpoimmin hallittavista on viskositeetti - sitä kutsutaan yleisesti "paksuudeksi". Yleensä nesteet, joilla on korkea viskositeetti (ne ovat "paksuja", "tahmeita" jne.), Aiheuttavat enemmän kitkaa kuin vähemmän viskoosit nesteet (ne ovat "sileitä" ja "nestemäisiä").
   • Harkitse esimerkiksi eroa vaivoissa, jotka sinun on tehtävä, kun puhallat vettä oljen läpi verrattuna hunajan puhaltamiseen oljen läpi. Vesi ei ole kovin viskoosia ja liikkuu helposti oljen läpi. Hunajaa on paljon vaikeampaa puhaltaa oljen läpi. Tämä johtuu siitä, että hunajan korkea viskositeetti tuottaa paljon vastustusta ja siten kitkaa, kun se puhalletaan kapean putken, kuten oljen, läpi.

Menetelmä 2/2: Lisää nesteen tai kaasun vastusta

1. Lisää nesteen viskositeettia. Väline, jonka kautta esine kulkee, kohdistaa voiman esineeseen, joka kokonaisuutena yrittää poistaa esineeseen kohdistuvan kitkavoiman. Mitä tiheämpi neste on (ja siksi viskoosimpi), sitä hitaammin esine liikkuu nesteen läpi tietyn voiman vaikutuksesta. Esimerkiksi: marmori putoaa ilman läpi paljon nopeammin kuin veden läpi ja veden läpi nopeammin kuin siirapin läpi.
   • Useimpien nesteiden viskositeettia voidaan lisätä alentamalla lämpötilaa. Esimerkiksi: marmori putoaa hitaammin kylmän siirapin läpi kuin huoneenlämpötilassa olevan siirapin läpi.
2. Lisää ilmalle altistuvaa aluetta. Kuten edellä on osoitettu, nestemäiset aineet, kuten vesi ja ilma, voivat aiheuttaa kitkaa, kun ne virtaavat kiintoaineen ohi. Esineen nestemäisen aineen liikkuessa kokemaa kitkavoimaa kutsutaan resistenssiksi (väliaineesta riippuen tätä kutsutaan myös "ilmankestävyydeksi", "vedenkestävyydeksi" jne.). Yksi vastuksen ominaisuuksista on, että esine suuremmalla poikkileikkauksella - eli esineellä, jolla on suurempi profiili, kun se liikkuu nesteen läpi - on enemmän vastusta. Tämä antaa nesteelle enemmän pintaa vasten työntämistä, mikä lisää kohteen kitkaa sen liikkuessa.
   • Oletetaan, että kivi ja paperiarkki painavat kukin grammaa. Jos annamme molempien pudota samanaikaisesti, kivi putoaa suoraan alas, kun taas paperiarkki pyörii hitaasti alaspäin. Täällä näet ilmavastuksen toiminnassa - ilma työntyy paperin suurta, leveää pintaa vasten ja luo vastusta ja paperi putoaa alas paljon hitaammin kuin kivi, jonka poikkileikkaus on suhteellisen kapea.
3. Valitse muoto, jolla on suurempi vastus. Vaikka kohteen poikkileikkaus on hyvä yleinen on osoitus vastuksen koosta, todellisuudessa vastuslaskelmat ovat paljon monimutkaisempia. Eri muodot käyttäytyvät eri tavoin läpi kulkevissa nesteissä - tämä tarkoittaa, että jotkut muodot (esim. Litteät levyt) ovat kestävämpiä kuin toiset (esim. Pallot), jotka on valmistettu samasta materiaalista. Koska ilmavastuksen suhteellisen suuruuden mittausta kutsutaan myös "vastuskertoimeksi", sanotaan, että muodoilla, joilla on suuri ilmavastus, on suurempi vastuskerroin.
   • Harkitaan esimerkiksi lentokoneen siipiä. Lentokoneen tyypillisen siiven muotoa kutsutaan a ilmatyyny. Tämä sileä, kapea ja pyöristetty muoto liikkuu helposti ilman läpi. Vastuskerroin on hyvin pieni - 0,45. Toisaalta voit kuvitella, että siipellä on terävät kulmat, se on lohkon muotoinen tai näyttää prismalta. Nämä siivet tuottavat paljon enemmän kitkaa, koska ne aiheuttavat paljon vastustusta lennon aikana. Prismoilla on siten suurempi vastuskerroin kuin siipiprofiileilla - noin 1,14.
4. Tee esineestä vähemmän virtaviivainen. Toinen ilmiö, joka liittyy eri muotojen erilaisiin vetokertoimiin, on se, että objektit, joilla on suurempi, neliönmuotoinen "peite", tuottavat yleensä enemmän vetoa kuin muut kohteet. Nämä esineet koostuvat karkeista, suorista viivoista eivätkä yleensä kapenevat taaksepäin. Toisaalta virtaviivainen esine on usein pyöristetty ja kapeneva taaksepäin - kuten kalan runko.
   • Esimerkiksi tapa, jolla keskimääräinen perheauto on suunniteltu nykyään verrattuna samantyyppisiin vuosikymmeniin sitten. Aiemmin autot olivat paljon tukkeutuneempia ja niissä oli paljon suorempia ja suorakaiteen muotoisia viivoja. Nykyään useimmat perheautot ovat paljon virtaviivaisempia ja suurelta osin pehmeästi pyöristettyjä. Tämä tehdään tarkoituksella - virtaviivainen muoto tarkoittaa, että auto kokee vähemmän vastusta, mikä vähentää moottorin vaivaa auton liikuttamiseen (ja vähentää kaasun mittarilukemaa).
5. Käytä materiaalia, joka päästää vähemmän ilmaa läpi. Jotkut materiaalit päästävät nesteitä ja kaasuja läpi. Toisin sanoen on olemassa reikiä nesteen läpäisemiseksi. Tämä varmistaa, että esineen pinta, jota neste työntää, pienenee, joten vastus on pienempi.Tämä ominaisuus pysyy voimassa, vaikka reiät olisivat mikroskooppisia - niin kauan kuin reiät ovat riittävän suuria nesteen / ilman kulkemiseen, vastus pienenee. Siksi laskuvarjot, jotka on suunniteltu tuottamaan paljon ilmankestävyyttä ja siten vähentämään jonkun tai jonkin putoamisnopeutta, on valmistettu vahvasta, kevyestä silkistä tai nailonista eivätkä puuvilla- tai kahvisuodattimista.
   • Voit antaa esimerkin tästä ominaisuudesta toiminnassa miettimällä, mitä pingispongilla tapahtuu, kun porataan siihen muutama reikä. Sitten melan siirtäminen on paljon helpompaa. Reiät päästävät ilman läpi, kun meloa heilutetaan, mikä vähentää huomattavasti vastusta ja antaa melan liikkua nopeammin.
6. Lisää kohteen nopeutta. Lopuksi, riippumatta kohteen muodosta tai siitä, kuinka läpäisevä materiaali se on valmistettu, sen kohtaama vastus kasvaa aina, kun se liikkuu nopeammin. Mitä nopeammin esine liikkuu, sitä enemmän nestettä sen täytyy liikkua, mikä puolestaan ​​lisää vastusta. Hyvin suurilla nopeuksilla liikkuvat kohteet voivat kokea erittäin suurta kitkaa korkean vastuksen takia, joten nämä esineet yleensä virtaviivaistetaan sinne tai muuten ne hajoavat vastuksen voimasta.
   • Tarkastellaan Lockheed SR-71 "Blackbird" -kokeellista vakoojakonetta, joka on rakennettu kylmän sodan aikana. Blackbird, joka pystyi lentämään suuremmilla nopeuksilla kuin mach 3.2, koki äärimmäisen vastuksen noista suurista nopeuksista huolimatta virtaviivaistetusta suunnittelustaan ​​- tarpeeksi äärimmäinen, jotta lentokoneen metallirunko laajenisi lennon aikana tapahtuvan ilman kitkan aiheuttaman lämmön vuoksi. .

Varoitukset

• Erittäin suuri kitka voi vapauttaa paljon energiaa lämmön muodossa! Esimerkiksi, et todellakaan halua koskettaa auton jarrupaloja heti, kun olet lyönyt voimakkaasti jarrut!
• Nesteen läpi vedettäessä vapautuvat suuret voimat voivat aiheuttaa rakenteellisia vaurioita tälle esineelle. Esimerkiksi, jos työnnät ohuen vanerikappaleen tasaisen puolen veteen risteyttäessä pikaveneellä, on todennäköistä, että se repeytyy murtuneeksi.