Hoe om wrywing te verhoog: 12 stappe (met prente)

Inhoud

Trappe
- Metode 1 van 2: Skep `n growwer oppervlak
- Metode 2 van 2: Verhoog die weerstand in `n vloeistof of gas
Waarskuwings

Het jy al ooit gewonder hoekom jou hande warm word as jy hulle vinnig teen mekaar vryf of hoekom jy eintlik `n vuur kan maak deur twee stokke teen mekaar te vryf?? Die antwoord is wrywing! Wanneer twee oppervlaktes teen mekaar vryf, sal hulle mekaar se beweging op `n mikroskopiese vlak teenwerk. Hierdie weerstand sal energie opwek in die vorm van hitte, wat jy kan gebruik om jou hande warm te maak, `n vuur te maak, ens. Hoe groter die wrywing, hoe meer energie sal vrygestel word, so om te weet hoe om die wrywing tussen twee bewegende dele in `n meganiese stelsel te verhoog, gee jou basies die vermoë om baie hitte op te wek!

Trappe

Metode 1 van 2: Skep `n growwer oppervlak

1. Skep meer "rowwe" of taai kontakpunte. Wanneer twee materiale teen mekaar gly of vryf, kan drie dinge gebeur: klein hoekies, krake en onreëlmatighede op die oppervlak kan vashaak; een of albei oppervlaktes kan vervorm in reaksie op die beweging; en uiteindelik kan die atome in enige oppervlak begin om met mekaar te reageer. Vir praktiese doeleindes doen al hierdie drie dinge dieselfde ding: skep wrywing. Kies oppervlaktes wat skuur (soos skuurpapier), krom (soos rubber) of klewerig (soos gom, ens.).) is `n eenvoudige manier om wrywing te verhoog.

Ingenieurshandboeke en soortgelyke hulpbronne kan goeie hulpmiddels wees om materiaal te kies om te gebruik om wrywing te verhoog. Die meeste standaard boumateriaal het `n bekende "wrywingskoëffisiënt" — dit is `n maatstaf van hoeveel wrywing saam met ander oppervlaktes gegenereer word.Die wrywingskoëffisiënte vir slegs `n paar bekende materiale word hieronder gelys (`n hoër waarde dui hoër wrywing aan):
Aluminium op aluminium: 0,34
Hout op hout: 0,129
Droë beton op rubber: 0,6-0,85
Nat beton op rubber: 0,45-0,75
Ys op ys: 0,01

2. Druk die twee oppervlaktes harder saam. `n Basiese definisie in fisika sê dat die wrywing wat `n voorwerp ondergaan eweredig is aan die normaalkrag (vir ons doeleindes is hierdie krag gelyk aan dit waarmee die voorwerp teen `n ander druk). Dit beteken dat die wrywing tussen twee oppervlaktes verhoog kan word as die oppervlaktes met meer krag teen mekaar gedruk word.

As jy al ooit remskyfies gebruik het (byvoorbeeld dié op `n motor of `n fiets), het jy hierdie beginsel in aksie gesien. Deur die remme te druk, druk `n stel wrywing-genererende blokke teen metaalskywe wat aan die wiele vasgemaak is. Hoe harder jy die remme druk, hoe harder sal die blokke teen die skywe gedruk word en daar sal meer wrywing wees. Dit laat jou toe om die voertuig vinnig te stop, maar stel ook baie hitte vry, daarom is remstelsels dikwels baie warm na swaar gerem.

3. Stop enige relatiewe beweging. Dit beteken dat as een oppervlak beweeg relatief tot `n ander oppervlak, stop jy dit. Tot dusver het ons gefokus opdinamies (of "gly") wrywing — die wrywing wat plaasvind wanneer twee voorwerpe of oppervlaktes teen mekaar vryf. Trouens, hierdie vorm van wrywing is anders as staties wrywing — die wrywing wat plaasvind wanneer `n voorwerp teen `n ander voorwerp begin beweeg. In wese is die wrywing tussen twee voorwerpe die grootste wanneer hulle teen mekaar begin beweeg. Sodra hulle in beweging is, neem die wrywing af. Dit is een van die redes waarom dit moeiliker is om `n swaar voorwerp aan die beweeg te kry as om dit te hou.

Probeer die volgende eenvoudige eksperiment om die verskil tussen statiese en dinamiese wrywing waar te neem: Plaas `n stoel of ander meubelstuk op `n gladde vloer in jou huis (nie op `n mat of mat nie). Maak seker dat die meubels nie enige beskerming het nie "studs" aan die onderkant of `n ander soort materiaal wat dit makliker maak om dit oor die vloer te skuif. Probeer die meubels net druk hard genoeg sodat dit begin beweeg. Jy moet oplet dat sodra die meubels begin beweeg, dit dadelik baie makliker word om te druk. Dit is omdat die dinamiese wrywing tussen meubels en vloer kleiner is as die statiese wrywing.

4. Verwyder vloeistowwe tussen oppervlaktes. Vloeistowwe soos olie, ghries, petroleumjellie, ens., kan wrywing tussen voorwerpe en oppervlaktes aansienlik verminder. Dit is omdat die wrywing tussen twee vaste stowwe gewoonlik baie hoër is as dié tussen vaste stowwe en `n vloeistof tussenin. Om die wrywing te verhoog, kan jy alle moontlike vloeistowwe uit die vergelyking verwyder, waar slegs "droog" dele skep wrywing.

Probeer die volgende eenvoudige eksperiment om `n idee te kry van hoeveel vloeistofwrywing kan verminder: Vryf jou hande saam wanneer hulle koud is en jy hulle wil opwarm. Jy moet dadelik kan agterkom dat hulle warmer word deur te vryf. Sit dan `n redelike hoeveelheid lotion op jou handpalms en probeer weer dieselfde doen. Dit behoort nie net makliker te wees om jou hande vinnig saam te vryf nie, maar jy sal ook agterkom dat hulle minder warm word.

5. Verwyder wiele of draers om glywrywing te skep. Wiele, draers en ander "aan die rol" voorwerpe ervaar `n spesiale tipe wrywing wat rollende wrywing genoem word. Hierdie wrywing is byna altyd minder as die wrywing wat gegenereer word deur dieselfde voorwerp oor die grond te gly. — Dit is hoekom hierdie voorwerpe geneig is om te rol en nie op die grond te gly nie. Om die wrywing in `n meganiese stelsel te verhoog, kan jy die wiele, draers, ens. sodat die dele teen mekaar gly, rol nie.

Dink byvoorbeeld aan die verskil tussen om `n swaar gewig oor die grond in `n wa te trek teenoor `n soortgelyke gewig in `n slee. `n Wa het wiele, so dit is makliker om te trek as `n slee, wat langs die grond sleep terwyl dit baie glywrywing genereer.

6. Verhoog viskositeit. Vaste voorwerpe is nie die enigste dinge wat wrywing kan skep nie. Vloeibare stowwe (vloeistowwe en gasse soos water en lug, onderskeidelik) kan ook wrywing genereer. Die hoeveelheid wrywing wat `n vloeibare stof genereer wanneer dit verby `n vaste stof vloei, hang van verskeie faktore af. Een van die maklikste om te beheer is viskositeit - dit is wat oor die algemeen is "dikte" is genoem. Oor die algemeen is vloeistowwe met `n hoë viskositeit (dit is "vet", "taai", ens.) veroorsaak meer wrywing as vloeistowwe wat minder viskeus is (wat is "glibberig" en "vloeistof").

Dink byvoorbeeld aan die verskil in moeite wat jy sal moet insit om water deur `n strooitjie te blaas teenoor heuning deur `n strooitjie te blaas. Water is nie baie viskeus nie en sal maklik deur die strooi beweeg. Heuning is baie moeiliker om deur `n strooitjie te blaas. Dit is omdat die hoë viskositeit van die heuning baie weerstand en dus wrywing skep wanneer dit deur `n nou buis soos `n strooi geblaas word.

Metode 2 van 2: Verhoog die weerstand in `n vloeistof of gas

1. Verhoog die viskositeit van die vloeistof. Die medium waardeur `n voorwerp beweeg oefen `n krag uit op die voorwerp wat, as `n geheel, probeer om die wrywingskrag op die voorwerp uit te kanselleer. Hoe digter `n vloeistof is (en dus meer viskeus), hoe stadiger sal `n voorwerp deur daardie vloeistof beweeg onder die invloed van `n gegewe krag. Byvoorbeeld: `n albaster sal baie vinniger deur lug val as deur water, en vinniger deur water as deur stroop.

Viskositeit van die meeste vloeistowwe kan verhoog word deur die temperatuur te verlaag. Byvoorbeeld: `n albaster val stadiger deur koue stroop as deur stroop by kamertemperatuur.

2. Vergroot die area wat aan lug blootgestel word. Soos hierbo genoem, kan vloeistowwe soos water en lug wrywing genereer soos hulle verby vaste stowwe vloei. Die wrywingskrag wat `n voorwerp ervaar terwyl hy deur `n vloeibare stof beweeg word weerstand genoem (afhangende van die medium word dit ook genoem "lugweerstand", "water weerstand", ens.) Een van die eienskappe van sleep is dat ’n voorwerp met ’n groter deursnit—dit wil sê ’n voorwerp met ’n groter profiel soos dit deur die vloeistof beweeg—meer weerstand ervaar. As gevolg hiervan het die vloeistof meer oppervlak om teen te druk, wat die wrywing op die voorwerp verhoog terwyl dit daardeur beweeg.

Gestel `n klippie en `n vel papier weeg albei `n gram. Kom ons val altwee op dieselfde tyd, dan val die klippie reguit af terwyl die vel papier stadig afdwarrel. Dit is hier waar jy die lugweerstand in aksie sien - die lug druk teen die groot, wye oppervlak van die papier, skep sleuring en veroorsaak dat die papier baie stadiger val as die klippie, wat `n relatief smal deursnee het.

3. Kies `n vorm met groter weerstand. Alhoewel die deursnit van `n voorwerp `n goeie isalgemeen is `n aanduiding van die grootte van die weerstand, in werklikheid is weerstandsberekeninge baie meer ingewikkeld. Verskillende vorms tree op verskillende maniere op in die vloeistowwe waardeur hulle beweeg - dit beteken dat sommige vorms (bv. plat plate), ervaar meer weerstand as ander vorms (bv. sfere) gemaak van dieselfde materiaal. Omdat die maatstaf vir die relatiewe grootte van die lugweerstand ook die genoem word "sleepkoëffisiënt" warm, daar word gesê dat vorms met `n hoë lugweerstand `n groter weerstandskoëffisiënt het.

Dink byvoorbeeld aan die vlerke van `n vliegtuig. Die vorm van `n tipiese vliegtuigvlerk word `n genoem lugvoet. Hierdie gladde, smal en geronde vorm beweeg maklik deur die lug. Die sleepkoëffisiënt is baie laag - 0.45. Aan die ander kant kan jy jou voorstel dat `n vlerk skerp hoeke het, vierkantig is of soos `n prisma lyk. Hierdie vlerke genereer baie meer wrywing omdat hulle baie weerstand tydens vlug genereer. Prismas het dus `n groter weerstandskoëffisiënt as vleuels - ongeveer 1.14.

4. Maak die voorwerp minder vaartbelyn. Nog `n verskynsel wat verband hou met die verskillende sleepkoëffisiënte van die verskillende vorms is dat voorwerpe met `n groter, meer kubusvormige "stroomlyn", genereer gewoonlik meer weerstand as ander voorwerpe. Hierdie voorwerpe bestaan uit growwe, reguit lyne en vernou gewoonlik nie na agter nie. Aan die ander kant is vaartbelynde voorwerpe geneig om meer afgerond en taps na die rug te wees - soos `n vis se liggaam.

Byvoorbeeld: die manier waarop die gemiddelde gesinsmotor vandag ontwerp is in vergelyking met dieselfde tipe dekades gelede. In die verlede was motors baie meer blokagtig en het baie meer reguit en reghoekige lyne gehad. Vandag is die meeste gesinsmotors tot `n groot mate baie meer vaartbelyn en sag afgerond. Dit is doelbewus gedoen - `n vaartbelynde vorm laat `n motor toe om minder lugweerstand te ervaar, sodat die enjin minder hard moet werk om die motor aan te dryf (en dus minder brandstofkilometers).

5. Gebruik materiaal wat minder lug toelaat om deur te gaan. Sommige materiale laat vloeistowwe en gasse deur. Met ander woorde, daar is gate daarin vir die vloeistof om deur te kom. Dit verseker dat die oppervlak van die voorwerp waarteen die vloeistof druk, kleiner word, sodat daar minder weerstand is. Hierdie eienskap bly geldig selfs al is die gate mikroskopies - solank die gate groot genoeg is vir vloeistof/lug om deur te gaan, sal die weerstand verminder word. Dit is hoekom valskerms, wat ontwerp is om baie lugweerstand te genereer en sodoende die spoed van iemand of iets te verminder, van sterk, ligte sy of nylon gemaak is en nie katoen- of koffiefilters nie.

Om `n voorbeeld van hierdie kenmerk in aksie te gee, oorweeg wat met `n tafeltenniskolf gebeur wanneer jy `n paar gate daarin boor. Dit word dan baie makliker om die kolf vinnig te beweeg. Die gate laat lug deur terwyl die vlermuis swaai, wat die weerstand aansienlik verminder en die vlermuis vinniger laat beweeg.

6. Verhoog die spoed van die voorwerp. Ten slotte, ongeag die vorm van `n voorwerp of hoe deurlaatbaar die materiaal waarvan dit gemaak is, sal die weerstand wat dit teëkom altyd toeneem namate dit vinniger beweeg. Hoe vinniger `n voorwerp beweeg, hoe meer vloeistof sal dit moet beweeg, wat weer die weerstand verhoog. Voorwerpe wat teen baie hoë spoed beweeg, kan baie hoë wrywing ervaar as gevolg van die hoë sleur, so hierdie voorwerpe sal gewoonlik vaartbelyn wees of anders sal hulle uitmekaar val as gevolg van die krag van die sleur.

Dink net aan die Lockheed SR-71 "merel", `n eksperimentele vliegtuig vir spioenasiedoeleindes, gebou tydens die Koue Oorlog. Die Blackbird, wat teen snelhede groter as Mach 3.2 kon vlieg, het uiterste weerstand teen daardie hoë snelhede ondervind, ten spyte van sy vaartbelynde ontwerp - ekstreem genoeg om die vliegtuig se metaal romp te laat uitsit as gevolg van die wrywingshitte wat tydens vlug deur die lug gegenereer word.

Waarskuwings

Uiters hoë wrywing kan baie energie in die vorm van hitte vrystel! Byvoorbeeld, jy wil regtig nie op die remblokke van jou motor sit net nadat jy hard rem getrap het nie!
Die groot kragte wat vrygestel word wanneer dit deur `n vloeistof gesleep word, kan strukturele skade aan daardie voorwerp veroorsaak. Byvoorbeeld, as jy die plat kant van `n dun stuk laaghout in die water steek terwyl jy `n spoedboot ry, is die kans goed dat dit aan flarde geruk sal word.