profil

Tarcie

2021-03-17
poleca 84% 1233 głosów

Treść
Grafika
Filmy
Komentarze

Wszelkie ciała przemieszczające się natkną się na opór ruchu ze strony środowiska, w którym się przemieszają. Siły, które wynikają na skutek oporu środowiska, takie jak np. opór powietrza wywierany na szybujący pocisk czy samolot, opór wody przy płynięciu statku, żaglówki, łodzi lub też opór jednej przestrzeni poruszającej się po drugiej. Wszelkie wcześniej wymienione siły nazwane zostały siłami tarcia. Ich geneza jest skomplikowana, łączą je jednak wspólne cechy. Rozmiar ich zależy od prędkości, z jaką ciało przemieszcza się w pewnym środowisku, natomiast kierunek jest ciągle zwrócony przeciwnie do ruchu. Na ciało leżące na stoliku nie działa żadna siła tarcia. Jeżeli natomiast będziemy chcieli je przesunąć, czujemy siłę oporu skierowaną przeciwnie do kierunku ruchu. Rozmiar tej siły zależy w złożony sposób od rodzaju powierzchni styku. Siłę tę czujemy natychmiast, wiemy, że mniejszą siłą musimy zadziałać na sanki by przejechały po lodzie, czy zamarzniętej powierzchni, niż aby tą samą odległość przebyły po trawniku.

Tarcie jest siłą, która hamująco wpływa na ruch ciała. Ze względu na tarcia, wprowadzone w ruch ciała hamują gdy przebędą jakiś odcinek drogi, jeżeli nie działają siły, które pokonają tarcie. To że tarcie jest w czasie ruchu ciał narzuca konieczność, w celu zachowania tego ruchu, działania stałej siły, która pokonuje tarcie. Na przykład w czasie ruchu wozu pokonuje siła mięśni konia, w czasie ruchu pociągu - lokomotywa, samochodu - silnik.

Głównym źródłem powstawania sił tarcia jest chropowatość podłoży stykających się ze sobą w czasie przemieszczania jednego ciała po drugim. Wszystkie przestrzenie, nawet te o których będziemy mówić że są gładkie, mają pewne nierówności. Na powierzchni tej są maleńkie wypukłości oraz wklęsłości. W trakcie poruszania jednego ciała po drugim nierówności te zazębiają się o siebie i wywołują opór, który jak wcześniej napisaliśmy będziemy nazywać tarciem.

Fd < fst
Td = N·fd
Ts = N·fs
T = N·f

T=Tarcie N=siła nacisku f=współczynnik tarcia

Rodzaje tarć


Da się wyróżnić kilka rodzajów tarć. Na przykład klocek położony na płaskiej, poziomej płaszczyźnie stolika wprowadzony w ruch poprzez popchnięcie go poruszać się będzie z spadającą prędkością i zahamuje po jakimś czasie. Jest to przykład tarcia poślizgowego. Innym przypadkiem jest walec metalowy albo drewniany toczący się po płaszczyźnie stolika także z spadającą prędkością, ponieważ działa na niego hamująco siła tarcia tłoczonego. Samochód po wyłączeniu silnika będzie jechał z spadającą prędkością aż się zatrzyma. Nie tylko tarcie występuje w oponach, silnikach, łożyskach itp. zachodzi tu także opór ośrodka, tzn. powietrza. Spadanie pod wpływem siły ciężkości kulki metalowej w cieczy (albo kropli deszczu w powietrzu) ma miejsce ze stałą prędkością, występuje tu siła oporu, której źródłem jest lepkość płynu (tarcie wewnętrzne w ośrodku).

Zatem występują dwa zasadnicze typy tarć - wewnętrzne oraz zewnętrzne.

Tarcie zewnętrzne - zjawisko oporu w płaszczyźnie zetknięcia dwóch stykających się ciał, które są w ruchu względem siebie. Siła zwrócona jest do kierunku ruchu ciała. Zjawisku tarcia towarzyszy wydzielenie się ciepła, elektryzowanie się ciał, a także ich niszczenie. Tarciem hydrodynamicznym nazywa się tarcie występujące w odpowiednio grubej warstwie smaru.
Jeżeli grubość smarującej warstwy jest mniejsza od 0,1 mikrona (1 mikron = 10-6m) tarcie takie nazywa się granicznym.

Do momentu, gdy ciała spoczywają względem siebie, siłę tarcia nazywa się siłą tarcia statycznego. Natomiast, gdy ciała przemieszczają się względem siebie, stykają się ze sobą mowa jest wtedy o tarciu kinetycznym. Tarcie jest jednym z aspektów oddziaływania ciał. Tak jak dla wszelkich typów oddziaływań, także dla tarcia spełniona jest trzecia zasada dynamiki NEWTONA.
Tarcie kinetyczne dzielimy na tarcie: toczne, poślizgowe, wiertne.

Tarcie poślizgowe - jest to odłam tarcia zewnętrznego, ma ono miejsce przy ocieraniu się o siebie płaszczyzn dwóch ciał stałych.
Natomiast tarcie toczne ma miejsce w czasie toczenia się jednego ciała po drugim. Klasyfikacja ta zależy od typu ruchu względnego stykających się ciał.

μ - współczynnik tarcia tocznego (w układzie SI w metrach m)
T – siła tarcia tocznego (w układzie SI w niutonach N)
N – siła dociskająca powierzchnie ( w układzie SI niutonach N) oraz
R - promień toczącego się koła lub walca (w metrach m)

Tarcie wewnętrzne (lepkość) - stawianie oporu pomiędzy przemieszczającymi się powłokami cieczy czy gazu względem siebie oraz rozproszenie energii, to znaczy przemiana w ciepło energii mechanicznej przekazanej do ciała w pięciu procesach jego odkształcenia. Jest to zjawisko formowania sił stycznych, przeciwdziałających symetrycznemu przemieszaniu się części cieczy czy gazu.

T – siła tarcia tocznego
N – siła dociskająca powierzchnie

Sens tarcia w naszym codziennym funkcjonowaniu jest ogromne. Spowodowane jest to tym, iż tarcie jest związane z prawie każdym zjawiskiem mechanicznym. Można je spotkać w czasie ruchu ciała, jak również w czasie spoczynku. W jakimkolwiek ruchu tarcie jest siłą przeciwdziałającą ruchowi - siłą hamującą. Jeżeli chcemy by jakiś ruch się odbywał się, to wówczas tarcie jest czynnikiem niesprzyjającym. Właśnie takie będzie ono w czasie jazdy samochodu, pociągu, czy roweru. Złośliwe tarcie występuje także np. w czasie lotu rakiety w atmosferze. Tarcie wywołane ścieraniem się zewnętrznej płaszczyzny rakiety i powietrza sprawia nie tylko hamowanie jej ruchu, lecz także rozgrzewanie rakiety do ogromnych temperatur.

To, iż tarcie nie sprzyja spowodowane jest także tym, iż powoduje ono zniszczeni trących się w czasie ruchu fragmentów urządzeń. Dlatego właśnie zdzierają się osi i łożyska, które są wyprodukowane z najbardziej cennych materiałów. Szacuje się, iż z powodu tarcia psują w ciągu roku dziesiątki tysięcy ton bardzo drogich metali.

To, że tyle złego można powiedzieć o tarciu, spowodowało, że cenne są sposoby, które powodują zmniejszanie występowania tarcia.

Aby zminimalizować tarcie po pierwsze smarujemy trące się podłoża. Smary powodują w ogromnym stopniu do zminimalizowanie tarcia, co powoduje minimalne straty energii oraz materiałów. Smarowanie zabezpiecza oprócz tego trące się podłoże przed nagrzaniem.

Tarcie jest także przydatne w codziennym życiu. Jest ono konieczne, by wprawić w ruch ciało które spoczywa albo powstrzymać to ciało, które jest w ruchu. Każdy z nas wie, iż z trudem chodzi się po śliskim lodzie, z trudem się także zatrzymać, jeśli już jesteśmy w ruchu. Przyczyną właśnie jest niewielkie tarcie. Z tej samej przyczyny dziej się to, że koła lokomotywy albo samochodu obracają się w miejscu, co powoduje, że pojazd się nie może poruszać. Należy wtedy posypać szyny piaskiem by zwiększyć tarcie. Natomiast by zahamować pociąg, samochód czy tramwaj, dociskamy do kół szczęki hamulców. Zwiększamy wtedy tarcie, które hamuje ruch pojazdu.

Siła tarcia jest nieraz czynnikiem wstrzymującym ruch np. siła tarcia, która występuje pomiędzy osią a łożyskiem koła samochodu. Aczkolwiek tarcie, które występuje pomiędzy kołem a jezdnią jest siłą pomocną, umożliwiająca ruch. Tarcie jest szkodliwe, gdyż jest w stanie uszkodzić współpracujące ze sobą fragmenty, np. oponę samochodu, lecz jest również bardzo przydatne, wtedy gdy należy samochód szybko zatrzymać. Zauważyć możemy zatem, iż tarcie pełni niesłychanie ogromną rolę w życiu codziennym, ale także i w technice. Wobec tego zaznajomienie się z prawami, które władają tarciem, jest niezbędne każdemu z nas.

Tarcie jest nieodzownym warunkiem przemieszczania się ludzi oraz samochodów, pociągów itp., ale również działania wielu mechanizmów, np. sprzęgła czy przekładni. Tam, gdzie jest ono zjawiskiem szkodliwym, minimalizuje się je, np. wprowadzając między trące mechanizmy ciecze (np. w przekładniach zębatych i łożyskach - idealnym wzorcem do naśladowania jest tu rozwiązanie problemu tarcia w stawach, które łączą nasze kości), zastępując tarcie w układzie dwóch ciał stałych na tarcie w cieczy (lepkość). Łatwo wyobrazić sobie, co by się działo gdyby nagle tarcie znikło.

Pozytywne i negatywne skutki tarcia


Znaczenie tarcia w życiu codziennym i technice jest olbrzymie. Wynika to stąd, że tarcie jest związane z każdym nieomal zjawiskiem mechanicznym. Występuje ono zarówno podczas ruchu ciała, jak i podczas spoczynku. W każdym ruchu tarcie jest siłą przeciwdziałającą ruchowi - siła hamująca.

Jeśli jesteśmy zainteresowani, aby dany ruch się odbył, to tarcie jest wtedy czynnikiem szkodliwym. Takie będzie ono podczas jazdy samolotu, pociągu, roweru. Bardzo szkodliwe jest tarcie występujące np. podczas lotu rakiety w atmosferze. Tarcie wywołane ścieraniem się zewnętrznej powierzchni rakiety i powietrza powoduje nie tylko hamowanie jej ruchu, ale także rozgrzewanie rakiety do bardzo wysokiej temperatury.
Szkodliwość tarcia polega również i na tym, że powoduje ono niszczenie trących się podczas ruchu elementów maszyn. W ten sposób zdzierają się osi i łożyska, wykonane z najbardziej cennych materiałów. Oblicza się, że z powodu tarcia ulegają w ciągu roku zużycia dziesiątki tysięcy ton najdroższych metali.

W świetle tego, co powiedzieliśmy o szkodliwości tarcia, doniosłego znaczenia nabierają sposoby zmniejszenia tarcia.

W celu zmniejszenia tarcia stosujemy przede wszystkim smarowanie trących się powierzchni. Smary przyczyniają się w dużym stopniu do zmniejszenia tarcia, a przez to do zmniejszenia strat energii i materiałów. Smarowanie chroni ponadto trące się powierzchnie przed nagrzaniem.

Tarcie bywa także pożyteczne. Jest ono niezbędne, aby wprawić w ruch ciało będące w spoczynku lub zatrzymać to, które jest w ruchu. Wszyscy wiedzą, że trudno się poruszać po śliskim lodzie, trudno się także zatrzymać. Powodem tego jest małe tarcie. Z tego samego powodu zdarza się czasami, że koła lokomotywy lub samochodu obracają się w miejscu i nie poruszają pojazdu. Wtedy posypuje się szyny piaskiem w celu zwiększenia tarcia. Aby zahamować pociąg, samochód lub tramwaj, dociskamy do kół szczęki hamulców. W ten sposób zwiększamy tarcie, które hamuje ruch pojazdu.

Siła tarcia jest niekiedy czynnikiem utrudniającym ruch np. siła tarcia występująca między osią a łożyskiem koła samochodu. Natomiast tarcie występujące między kołem a jezdnią jest siła pożyteczną, umożliwiająca ruch. Tarcie jest szkodliwe, ponieważ niszczy współpracujące ze sobą elementy, np. oponę samochodu, ale jest także niesłychanie pożyteczne, kiedy trzeba samochód gwałtownie zatrzymać. Widzimy, więc, że tarcie odgrywa bardzo dużą rolę zarówno w życiu codziennym, jak i w technice. Dlatego poznanie praw, które rządzą tarciem, jest potrzebne każdemu.

Tarcie jest niezbędnym warunkiem poruszania się istot żywych oraz samochodów, pociągów itp., a także funkcjonowania wielu mechanizmów, np. sprzęgła czy przekładni. Tam, gdzie jest ono zjawiskiem niekorzystnym, zmniejsza się je, wprowadzając pomiędzy trące mechanizmy ciecze (np. w przekładniach zębatych i łożyskach - "wzorcem" jest tu rozwiązanie problemu tarcia w stawach łączących kości), zamieniając tym samym tarcie w układzie dwóch ciał stałych na tarcie w cieczy (lepkość).

Załączniki:
Podoba się? Tak Nie
(0) Brak komentarzy

Treść zweryfikowana i sprawdzona

Czas czytania: 10 minut