Reibungskraft zwischen sich berührenden Oberflächen von Festkörpern. Reibungskraft

An den Kontaktflächen von zwei tritt Reibung auf Feststoffe... Es spielt eine wichtige Rolle in der Technik und im Alltag. Es gibt drei Arten von äußerer Reibung: Haftreibung, Gleitreibung, Rollreibung. Die Größe der Reibungskräfte und die Art ihrer Geschwindigkeitsabhängigkeit werden maßgeblich durch den Zustand der Oberflächen, deren Bearbeitung, Verschmutzung etc. beeinflusst. Gleichzeitig hängt die Größe dieser Kräfte von der Größe des Normaldrucks zwischen den Oberflächen ab. Die Reibungskraft zwischen sich berührenden Festkörpern hat ein charakteristisches Merkmal: Sie verschwindet nicht mit der Geschwindigkeit. Die Reibungskraft, die zwischen sich berührenden, aber nicht bewegten Körpern besteht, heißt statische Reibung. Größe und Richtung der Haftreibungskraft werden durch die Größe und Richtung der äußeren Kraft bestimmt, die das Gleiten hätte verursachen sollen. Die Haftreibungskraft ist gleich groß und in entgegengesetzter Richtung zu der äußeren Kraft, die die Bewegung verursacht hat. Die Größe der Haftreibungskraft kann einen bestimmten bestimmten Wert nicht überschreiten, der als maximale Haftreibungskraft (oder Haftreibungskraft) bezeichnet wird. Solange die äußere Kraft diesen Wert nicht überschreitet, tritt kein Schlupf auf (Abb. 6.1). Dem Maximalwert folgt ein steiler Abfall und es bleibt eine konstante Gleitreibungskraft erhalten.

Haftreibung und Gleitreibung hängen nicht von der Größe der Kontaktfläche von Feststoffen ab. Bei diesen Körpern sind die Kräfte der Ruhe- und Gleitreibung direkt proportional zur Druckkraft n die beide Körper gleichzeitig komprimiert:

, , (6.1)

wobei und die Koeffizienten der Haft- und Gleitreibung sind. In den meisten Fällen liegt der Wert zwischen 0,2 und 0,7; - von 0,2 bis 0,5.

Ruhereibung spielt in der Technik eine wesentliche Rolle. Es bestimmt die größte erforderliche Antriebskraft für die Antriebsräder von Autos sowie für die Fußsohlen. An der Kontaktstelle mit dem Boden stehen das Rollrad und die Fußsohle der sich bewegenden Person relativ zum Boden in Ruhe. Daher kommt es im Ruhezustand zu Reibung. Die Gleitreibung hingegen stört fast immer, daher streben sie in Maschinen und Geräten an, die äußere Reibung zwischen reibenden Teilen so weit wie möglich zu eliminieren. Es wird durch die innere Reibung dünner Flüssigkeitsschichten zwischen sich gegenseitig bewegenden Teilen ersetzt - dies wird als Schmiermittel bezeichnet.

Vorlesung 4. Reibung von Feststoffen

Äußere Reibung, mechanischer Widerstand, der in der Tangentialebene zweier sich berührender Körper während ihrer Relativverschiebung entsteht. Die der Bewegung eines bestimmten Körpers entgegengerichtete Widerstandskraft F tr wird als auf diesen Körper wirkende Reibungskraft bezeichnet. Äußere Reibung ist ein dissipativer Prozess, der von der Freisetzung von Wärme, der Elektrifizierung von Körpern, ihrer Zerstörung usw. begleitet wird.

Unterscheiden Sie zwischen äußerer Gleitreibung und Rollreibung. Gleitreibung- die Kraft, die sich aus der translatorischen Verschiebung eines der sich berührenden Körper relativ zum anderen ergibt und auf diesen Körper in Richtung wirkt, entgegengesetzten Richtung Unterhose. Rollreibung - das Kraftmoment, das durch das Rollen eines der beiden Kontaktkörper relativ zum anderen entsteht, das ein Rollen verhindert.

Charakteristisch Gleitreibung- Gleitreibungskoeffizient f c - dimensionslose Größe, gleiches Verhältnis Reibungskräfte auf Normallast; die Kenngröße der Rollreibung ist der Rollreibungskoeffizient f k - ein Wert, der die Dimension der Länge hat, ist das Verhältnis des Rollreibungsmoments zur Normallast. Äußere Bedingungen (Belastung, Geschwindigkeit, Rauheit, Temperatur, Schmierung) beeinflussen den Wert der äußeren Reibung nicht weniger als die Beschaffenheit von Reibkörpern und ändern ihn mehrmals.

Fc = Ftr. / mg (4.1)

f k = Ftr.kach. R / mg (4,2)

Der Mechanismus des Auftretens von Reibung wird durch die molekular-mechanische Reibungstheorie erklärt, zu deren Entwicklung russische Wissenschaftler (B.V.Deryagin, I.V.Kragelsky und andere) und ausländische Wissenschaftler (Bowden, Tabor, Tomlinson usw.) einen großen Beitrag geleistet haben. Nach dieser Theorie hat Reibung eine duale molekular-mechanische Natur. Die Reibungskraft F tr lässt sich als Summe der molekularen (adhäsiven) F a und der mechanischen (Verformungs-) F σ darstellen:

F tr = F a + F .

Die molekulare Komponente beruht auf der Widerstandsfähigkeit gegen das Aufbrechen von molekularen oder interatomaren Bindungen, die zwischen den sich berührenden Körpern entstehen. Der Mechanismus dieses Prozesses ähnelt der Zerstörung des Kristallgitters während der Scherung. Die Ableitung von Reibungsarbeit in Wärme ist mit einer elastischen Verformung von Kristallgittern verbunden. Die Arbeit der äußeren Kraft wird in die potentielle Energie der Gitter übertragen. Nach

Beim Brechen der Bindung wird die potentielle Energie in die Energie von Atomschwingungen (Wärme) umgewandelt.

Mechanisch

Komponente verursacht

Widerstand

elastisch und

Plastik

Vorsprünge zurückschieben

Kontakt mit Körpern, die beim Einzug Wurzeln geschlagen haben

Gegenflächen (siehe Abb. 4.1).

Abhängig von den Reibungsverhältnissen sowie der Struktur

Körper und interatomare Wechselwirkungen, einzelne Komponenten

im Ausdruck

erwachsen werden oder

verringern.

Unterscheiden

Grenze,

hydrodynamisch

(flüssig)

gemischt

Abb. 4.1. Elastische und plastische Verschiebung

(Gleichzeitig gibt es Elemente von Trocken-, Grenz- und

Material beim Gleiten

hydrodynamische Reibung).

Im ersten Fall berühren sich nicht geschmierte Oberflächen, die mit Oxidfilmen bedeckt sind und die dünnsten Schichten von Gas- und Wassermolekülen adsorbiert werden Umfeld... Die Reibungskraft ist in diesem Fall die Summe der adhäsiven und kohäsiven Komponenten. Trocken- und Grenzreibung sind in ihren

Natur und haben gemeinsame Gesetze. Der Grund liegt darin, dass bei Grenzreibung die monomolekularen Schichten des Schmiermittels fest an die Festkörperoberfläche gebunden sind, feststoffähnliche Eigenschaften aufweisen und sozusagen als Fortsetzung der Festphase dienen. Daher gibt es wie bei der Trockenreibung tatsächlich einen Kontakt zwischen zwei harten Oberflächen. Der Unterschied manifestiert sich in unterschiedliche Bedeutungen Reibungskoeffizient.

Im zweiten Fall befinden sich zusätzlich zu den aufgeführten Filmen Schmierstoffmoleküle in Form einer dünnen, mehrere Moleküle dicken Schicht, die fest an die Oberfläche gebunden sind. Ein charakteristisches Merkmal ist dabei eine Abnahme sowohl der einen als auch der anderen Komponente.

Im dritten Fall trennt eine Schicht flüssigen Schmiermittels die Passflächen vollständig. Der Klebstoffanteil wird auf Null reduziert.

Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass bei Metallen der Verformungsanteil des Reibungskoeffizienten etwa 100-mal geringer ist als der des Klebstoffs. Daher ist der Reibungskoeffizient in erster Näherung gleich dem Klebstoffanteil. Bei Kunststoffen und Kautschuken sieht die Situation etwas anders aus. IN letzterer Fall die Differenz verringert sich um mehr als eine Größenordnung und gleitet der Gummi über eine grob bearbeitete Oberfläche, darf die Deformationskomponente nicht vernachlässigt werden.

										Zur Messung der Reibungskraft werden verschiedene Tribometer verwendet.
										Sie untersuchen die Reibung von Proben in Form von Scheiben in Kontakt
										Hintern; Zylinder in Kontakt entlang der Mantellinie usw.
										Das einfachste und am häufigsten verwendete ist das Tribometer,

										dessen Diagramm in Abb. 4.2. Probe 1 ist beigefügt


										Federkraftmesser 3 und wird gegen den Gegenkörper 2 gedrückt,

										in Bewegung setzen.
										in Bewegung setzen.
										Das Dynamometer misst die Reibungskraft. Mit dem Gerät können Sie erkunden
										die Auswirkung auf die Reibung von Oberflächenrauheit, Paarmaterialien
										Reibung, Normallast, Gleitgeschwindigkeit, Temperatur,

Schmierung und viele andere Faktoren.

Reis. 4.2. Tribometerschaltung

Ermittlung von Kräften und äußeren Reibungskoeffizienten. Bei elastischen Verformungen in den Kontaktzonen kann die Wechselwirkung von Feststoffen mit ungesättigtem und gesättigtem Kontakt erfolgen.

Mit elastischem ungesättigtem Kontakt die Abstände zwischen den einzelnen Kontaktzonen sind so groß, dass der Einfluss der Zonen aufeinander vernachlässigt werden kann. Die Gesamtreibungskraft beim Gleiten eines absolut starren Körpers mit rauer Oberfläche gegenüber einem weicheren Körper mit absolut ebener Oberfläche beträgt


F tr = ∫ F i	dnr,

wobei F i - Reibungskraft, die bei einer einzelnen willkürlichen Mikrorauhigkeit entsteht; n r ist die Anzahl der Mikrorauheiten bei gleicher Penetration.

Um die Kraft F i zu bestimmen, betrachten Sie die Vorgänge in der Kontaktzone einer einzelnen Mikrorauheit (Abb. 4.3). Die Verformungskomponente der Reibungskraft entsteht durch die unvollkommene Elastizität des Materials der verformbaren Schichten. Sie wird durch Hystereseverluste verursacht. Nach den Recherchen des englischen Wissenschaftlers D. Tabor

Verformungskomponente die Reibungskraft ist

F idef =	0,25α

		- μ 2

wobei E der Elastizitätsmodul des verformbaren Materials ist; μ - Poisson-Zahl dieses Materials; α hisst ist der Koeffizient der Hystereseverluste des Materials unter Bedingungen eines komplexen Spannungszustands.

Reis. 4.3. Spannungsverteilung bei elastischen Verformungen in der Kontaktzone einer Kugel mit einer ebenen Oberfläche eines verformbaren Körpers

Molekularer Bestandteil Reibungskraft beruht auf interatomaren und intermolekularen Wechselwirkungen und ist gleich

Dann lässt sich die beim Gleiten beliebiger Mikrorauhigkeit entstehende Gesamtreibungskraft wie folgt ausdrücken

0,25α	+ (τ 0	+ β Pri) π Rhi


1 - μ 2

Die Reibungskraft F tr wird aus dem Ausdruck (4.4) berechnet, in dem alle i-ten Parameter durch die bekannten Werte bestimmt werden. Wenn du definierst

Normalbelastung P je nach Ansatz, dann kann man den Reibbeiwert je nach Ansatz berechnen f =

F tr / P. Berechnungen zeigen, dass mit zunehmender Annäherung zwischen den Oberflächen von Festkörpern die molekulare Komponente

der Reibungskoeffizient (der die Reibungsparameter τ 0 und β enthält) nimmt ab und die Verformung nimmt zu. Die Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten vom Parameter h / R ist in Abb. 4.4.

Reis. 4.4 Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten von der Annäherung

Experimentelle Ergebnisse. Das Reibungsverhalten eines Materials wird durch die Ausbreitungstiefe der plastischen Verformung in das Innere der Probe bestimmt. Bei Erhöhung des Normaldrucks entstehen an den eigentlichen Kontaktstellen elastische und dann plastische Verformungen. Eine gewisse Verformung, die mit dem Kriechen des Materials verbunden ist, tritt auch danach unter Bedingungen konstanter Belastung auf. Das endgültige Gleichgewicht stellt sich ein, nachdem die tatsächliche Kontaktfläche ausreicht, um die erforderliche Tragfähigkeit bereitzustellen. Somit stellt sich nach dem Einlaufen der Oberfläche ein stationäres Reibungsregime ein, in dem der Oberflächenverschleiß im Gleichgewicht mit dem Wachstum neuer verformter Schichten steht. In Abb. Die Bilder 4.5 und 4.6 zeigen die Abhängigkeiten des Reibungskoeffizienten vom Druck in der stationären Grenzschmierung beim Gleiten von Proben aus Stahl 36NKhTYu im vergüteten und gealterten Zustand auf gehärtetem Stahl 45. Austenitischer Stahl 36NKhTYu

hat eine hohe Korrosionsbeständigkeit,

daher bilden sich bei der Reibung keine Oxidschichten,

stellt den Anfall schon fest, wenn Sie es nicht wissen

starke Belastung. Höher

Fähigkeit der gealterten Legierung

aufgrund seiner hohen Streckgrenze und

Härte.

Es ist zu beachten, dass für verschiedene

Bedingungen

experimentelle Abhängigkeiten

Reibungskoeffizient aus Last, Geschwindigkeit und

die Temperaturen können steigen

abnehmend

unverändert

Notfall. Reibungsparameter - Verschleiß und

0.07 0

der Reibungskoeffizient hängt von der Struktur ab

Oberflächenschicht und ihre Kinetik

Reis. 4.5. Reibungskoeffizient (k) gegen Druck

Abbau, der wiederum

für Legierung 36НХТЮ gehärtet ab 9700 С (a) und gealtert

durch äußere Bedingungen bestimmt. deshalb

nach Abschrecken bei 7500 C für 1 Stunde (b).

und da

brauchen

studieren

Struktur und tribotechnische Eigenschaften von Werkstoffen im Einzelfall bezogen auf eine bestimmte Reibeinheit.

Reis. 4.6. Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten

(k) von Druck für 36НХТЮ-Legierung abgeschreckt von 9700 С (1) und gealtert nach Abschrecken bei 7500 С für 1 Stunde (2)

Abbildung 4.7. Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten einer Probe aus Stahl 36NKhTYu (a) und Kupfer (b) von Gleitgeschwindigkeit und Belastung.

In Abb. 4.7 zeigt die Oberflächen, die durch die Werte des Reibungskoeffizienten von Kupfer und Legierung 36НХТЮ in Abhängigkeit von Gleitgeschwindigkeit und Belastung gebildet werden. Der Reibungskoeffizient von Kupfer ändert sich entlang einer Kurve mit einem Maximum in Abhängigkeit von der Belastung bei allen Geschwindigkeiten. Bei der Legierung 36NKhTYu ist der Reibungskoeffizient bei niedrigen Geschwindigkeiten praktisch unabhängig von der aufgebrachten Kraft. Eine Belastungserhöhung bei hohen Geschwindigkeiten führt zu einem Absinken des Reibungskoeffizienten. Dies deutet darauf hin, dass der Beitrag zur Reibungskraft aufgrund des plastischen Fließens der Oberflächenschicht abnimmt. Dies ist beim Verringern möglich

Materialviskosität verbunden mit erhöhter Reibungserregung. Anscheinend ist in diesem Fall der Fragmentierungsprozess der Oberflächenschichten von Bedeutung, der zu einer Erhöhung der Beweglichkeit der die Struktur bildenden Elemente führt.

Reis. 4.8. Abhängigkeit des Reibkraftmoments des Verbundwerkstoffs TiC-NiCr (a) von der Belastung im Paar mit verschiedenen Legierungen (b - TiC-NiCr; c - 3В16К; d - Zusammensetzung auf Basis von KAM-Bronze)

Die Analyse der Reibungsparameter (Abb. 4.8) zeigt, dass die an der Oberfläche und in der oberflächennahen Schicht freigesetzte Wärme eine wichtige Rolle bei der Kontaktierung zweier Materialien beim relativen Gleiten spielt.

Ein Beispiel für den Einfluss der Kontakttemperatur auf den Reibungsprozess kann das Verhalten des TiC-NiCr-Verbundwerkstoffs während der Reibung im Paar mit Materialien sein, darunter die TiC-NiCr-CMs, Stellit und die „Hartlegierung“ - Bronze“ Zusammensetzung, die sich in der Wärmeleitfähigkeit unterscheidet. Bei diesen Tests, bei denen die Grenzfläche als Gleitringdichtung ausgebildet war, konnte die Wärmeabfuhr aus der Reibzone hauptsächlich aufgrund der Wärmeleitfähigkeit der sich berührenden Materialien durchgeführt werden. Da die Wärmeleitfähigkeit von CM TiCNiCr und Stellit (3V16K) deutlich geringer ist als die der für hochbelastete Reibeinheiten entwickelten KAM-Zusammensetzung, sollte die Art der Reibung anders sein. Tatsächlich ist aus Abb. 4.8, b ist zu erkennen, dass die Reibung eines Paares identischer TiC-NiCr-CMs nach mehreren Minuten Betrieb bei einer Belastung von 1 Tonne instabil wird.

		über einen eingeklemmten Kumpel. Gepaart mit Stellit KM TiC-
Temperatur		NiCr verhält sich auch instabil (Abbildung 4.8, c) und unter Last
Temperatur		2 t Versuche wurden wegen sehr hoher
		2 t Versuche wurden wegen sehr hoher
		Moment der Reibung. Ein anderes Verhalten wird beobachtet, wenn
		der Gegenkörper war das KAM-Material. Kritischer Wert
		Reibungsmoment wurde erst bei einer Belastung von 3 Tonnen beobachtet nach
		mehrere Minuten Arbeit (Abb. 4.8, d). Scheinbar
		die Leistung des Materials bleibt erhalten, bis
		die Temperatur in der Reibzone (Abb. 4.9) wird die Werte nicht erreichen
		bei dem es zu einem Anfall kommt.

Reis. 4.9. Schematische Darstellung der Temperaturverteilung in der Randschicht bei plastischer Verformung bei Reibung

Beschreibung der Präsentation für einzelne Folien:

1 Folie

Folienbeschreibung:

Reibungskräfte zwischen sich berührenden Festkörperoberflächen Klasse 10 Physiklehrer L.I. Smetankin

2 rutsche

Folienbeschreibung:

Sehen Sie sich die Animationsübergänge auf jeder Folie genau an, bevor Sie Ihre Präsentation Ihren Schülern zeigen. Achten Sie beim Arbeiten mit animierten Folien auf die Verwendung der "Maus". !

3 rutsche

Folienbeschreibung:

Versuchen Sie, Ihren Finger über ein dickes Buch auf dem Tisch zu bewegen. Zunächst konzentrieren wir uns auf die sogenannte Trockenreibung, d.h. Reibung zwischen den Oberflächen berührender Festkörper. Ruhereibung Sie haben eine gewisse Kraft auf das Buch ausgeübt, beispielsweise entlang der Tischoberfläche, und das Buch bleibt in Ruhe. Diese Tatsache ist völlig bekannt, aber, wenn man darüber nachdenkt, eher seltsam und unverständlich. Was bedeutet das schließlich? Dadurch steigt auch die Reibungskraft. Sie drücken das Buch mit mehr Kraft, aber es bleibt immer noch an Ort und Stelle. Das Buch bleibt an Ort und Stelle, bis die auf es einwirkende Kraft einen bestimmten Wert erreicht. Folglich entsteht zwischen dem Buch und der Tischoberfläche eine Kraft, die gegen die Kraft, mit der Sie auf das Buch einwirken, gerichtet ist und dieser genau gleich groß ist.

4 Rutsche

Folienbeschreibung:

Die zwischen zwei relativ zueinander ortsfesten Körpern wirkende Reibungskraft wird als Haftreibungskraft bezeichnet. Wirkt auf den Körper eine Kraft parallel zur Oberfläche, auf der er sich befindet und bleibt der Körper bewegungslos, so bedeutet dies, dass auf ihn die Haftreibungskraft Ffr einwirkt, gleich groß und entgegen der Richtung der Gewalt. Folglich wird die Reibungskraft im Ruhezustand durch die auf ihn einwirkende Kraft bestimmt. Mit anderen Worten, wenn die Beschleunigung des Körpers Null ist, ist die Reibungskraft gleich groß und entgegengesetzt gerichtet zu der Kraft, die zusammen mit der Reibung wirkt auf dem Körper parallel zur Oberfläche seines Kontakts mit einem anderen Körper. Der größte Wert der Reibungskraft, bei dem noch kein Gleiten auftritt, wird als maximale Haftreibungskraft bezeichnet. Wenn die auf den Körper im Ruhezustand wirkende Kraft die maximale Reibungskraft im Ruhezustand überschreitet, beginnt der Körper zu gleiten. Wirken parallel zu dieser Fläche keine anderen Kräfte, so ist die Ruhereibung gleich Null. Restreibung

5 Folie

Folienbeschreibung:

Wenn wir nun noch einmal die maximale Haftreibungskraft messen, sehen wir, dass sie genauso oft zugenommen hat wie die Kraft zugenommen hat, d.h. 2 Mal. Es gibt ein sehr einfaches, aber nicht sehr genaues quantitatives Gesetz, um die maximale Kraft der Haftreibung zu bestimmen. Wir belasten die Stange mit einer Kettlebell des gleichen Gewichts wie die Stange selbst. In diesem Fall verdoppelt sich die Kraft, mit der die Stange senkrecht zur Tischoberfläche auf den Tisch einwirkt. Aber die Kraft nach dem dritten Newtonschen Gesetz ist betragsmäßig gleich und entgegengesetzt gerichtet zur Kraft der normalen Reaktion der Auflage, die von der Seite des Tisches auf den Stab einwirkt. Folglich erhöht sich die Festigkeit um das 2-fache. Restreibung

6 Rutsche

Folienbeschreibung:

Durch Belasten der Stange mit verschiedenen Gewichten und Messen der maximalen Haftreibungskraft stellen wir sicher, dass der Maximalwert des Moduls der Haftreibungskraft proportional zum Modul der normalen Reaktionskraft des Trägers ist. Dieses Gesetz wurde erstmals experimentell von dem französischen Physiker Coulomb aufgestellt. Wenn wir den Modul der maximalen Haftreibungskraft mit Ftr.max bezeichnen, können wir schreiben: Ftr.max = µF2, wobei µ der Proportionalitätskoeffizient ist, der als Haftreibungskoeffizient bezeichnet wird. Der Reibungskoeffizient charakterisiert beide Reibflächen und hängt nicht nur vom Material dieser Flächen ab, sondern auch von der Qualität ihrer Verarbeitung. Der Reibungskoeffizient wird experimentell bestimmt. Restreibung

7 Folie

Folienbeschreibung:

Die maximale Haftreibungskraft hängt nicht von der Kontaktfläche der Körper ab. Wenn Sie einen Balken an einer kleineren Kante platzieren, ändert sich Ftr.max nicht. Die Haftreibungskraft variiert von Null bis zu einem Maximalwert von µF2. Restreibung

8 rutsche

Folienbeschreibung:

Diese Verschiebung setzt sich so lange fort, bis die mikroskopische Rauheit der Oberflächen relativ zueinander angeordnet ist, so dass sie beim Ineinandergreifen zum Auftreten einer die Kraft ausgleichenden Kraft führen.Wie kann sich die Reibungskraft ändern? Hier ist der Punkt. Wenn eine Kraft auf den Körper einwirkt, verschiebt sie sich leicht (unmerklich für das Auge). Mit zunehmender Kraft bewegt sich der Körper wieder leicht, so dass kleinste Unebenheiten der Oberflächen anders aneinander haften und die Reibungskraft steigt. Und nur bei Ftr.max bei no gegenseitige Übereinkunft Rauheit der Oberfläche, kann die Reibungskraft die Kraft nicht ausgleichen und das Gleiten beginnt. Restreibung

9 Folie

Folienbeschreibung:

Beim Gehen und Laufen wirkt die Ruhereibungskraft auf die Fußsohlen, es sei denn, die Füße rutschen. In der Antike, als die Fähigkeit der Haftreibung, unterschiedliche Werte anzunehmen, nicht sehr gut verstanden wurde, zweifelte man daran, dass die Dampflok auf glatten Schienen fahren könnte. Es wurde angenommen, dass die Reibungsbremsung der Antriebsräder gleich der auf die Antriebsräder wirkenden Reibungskraft ist. Die gleiche Kraft wirkt auf die Antriebsräder des Autos (wir gehen davon aus, dass die Hinterräder des Autos fahren). Die ruhende Reibungskraft wirkt auch auf die angetriebenen Räder, bremst aber bereits die Bewegung, und diese Kraft ist viel geringer als die Kraft, die auf die Antriebsräder wirkt (sonst könnte sich das Auto nicht bewegen). Es wurde sogar vorgeschlagen, die Antriebsräder verzahnt zu machen und dafür spezielle Zahnschienen zu verlegen. Restreibung

10 Folie

Folienbeschreibung:

Beim Gleiten hängt die Reibungskraft nicht nur vom Zustand der Reibflächen ab, sondern auch von der Relativgeschwindigkeit der Körper, und diese Abhängigkeit von der Geschwindigkeit ist recht komplex. Gleitreibung Erfahrungsgemäß wird oft (wenn auch nicht immer) ganz am Anfang des Gleitens, wenn die Relativgeschwindigkeit noch gering ist, die Reibungskraft etwas kleiner als die maximale Haftreibungskraft. Sie haben wahrscheinlich bemerkt, dass ein schwerer Gegenstand wie eine Kiste schwer zu bewegen ist, und dann wird es einfacher, ihn zu bewegen. Genau dies erklärt sich durch eine Abnahme der Reibungskraft beim Gleiten mit geringer Geschwindigkeit. Erst dann, wenn die Geschwindigkeit zunimmt, wächst sie und beginnt, Ftr max zu überschreiten. sich ausruhen.

11 Folie

Folienbeschreibung:

Die Abhängigkeit des Moduls der Gleitreibungskraft vom Modul der Relativgeschwindigkeit der Körper stellt die Abbildung dar. Bei nicht zu hohen Relativgeschwindigkeiten weicht die Gleitreibungskraft wenig von der maximalen Haftreibungskraft ab. Daher kann sie ungefähr als konstant und gleich der maximalen Haftreibungskraft angesehen werden: Ffr ≈ Ffr. max = µN Wichtige Funktion Gleitreibungskraft besteht darin, dass sie der Relativgeschwindigkeit der sich berührenden Körper immer entgegengerichtet ist. vbody vbody

12 Folie

Folienbeschreibung:

Die Gleitreibungskraft kann durch die Verwendung eines Schmiermittels - meistens einer dünnen Flüssigkeitsschicht (meist das eine oder andere Mineralöl) - zwischen den Reibflächen um ein Vielfaches reduziert werden. Zusammenfassung Die Reibungskraft hängt von der Relativgeschwindigkeit der Körper ab. Dies ist der Hauptunterschied zu den Schwerkraft- und Elastizitätskräften, die nur von Entfernungen abhängen. Keine moderne Maschine, wie ein Auto- oder Traktormotor, kann ohne Schmierung laufen. Für die Konstruktion aller Maschinen ist ein spezielles Schmiersystem vorgesehen. Reduzierung der Reibungskraft Die Reibung zwischen Flüssigkeitsschichten neben festen Oberflächen ist deutlich geringer als zwischen trockenen Oberflächen.

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Die Natur der Reibung

Der Grund, warum das Buch nicht vom leicht geneigten Tisch rutscht, ist die Rauhigkeit der Tischoberfläche und des Buchdeckels. Diese Rauheit ist spürbar, und unter dem Mikroskop sieht man, dass die Oberfläche eines massiven Tisches am ehesten einem bergigen Land ähnelt. Aus dem gleichen Grund muss das Pferd große Anstrengungen unternehmen, um eine schwere Last von seinem Platz zu entfernen (Abb. 3.31). Unzählige Vorsprünge klammern sich aneinander, verformen sich und verhindern ein Verrutschen des Buches oder der Ladung. Somit wird die Haftreibungskraft durch die gleichen molekularen Kräfte verursacht wie die übliche elastische Kraft.

Wenn ein Körper über die Oberfläche eines anderen gleitet, werden Tuberkel "abgesplittert" und brechen molekulare Bindungen, die der erhöhten Belastung nicht standhalten können. Das "Abplatzen" der Tuberkel ist nicht schwer zu erkennen: Die Folge eines solchen "Abplatzens" ist der Verschleiß der reibenden Teile.

Es scheint, dass die Reibungskraft umso geringer sein sollte, je sorgfältiger die Oberflächen poliert werden. Bis zu einem gewissen Grad ist dies so. Durch Schleifen wird beispielsweise die Reibungskraft zwischen zwei Stahlstäben reduziert, jedoch nicht unendlich. Mit einer weiteren Erhöhung der Glätte der Oberflächen beginnt die Reibungskraft zu wachsen. Der Punkt ist folgender.

Da die Oberflächen geglättet werden, passen sie immer näher aneinander. Solange die Höhe der Unregelmäßigkeiten jedoch mehrere Molekülradien überschreitet, fehlen die Wechselwirkungskräfte zwischen den Molekülen benachbarter Oberflächen (außer den Höckern selbst). Schließlich handelt es sich um sehr kurz wirkende Kräfte. Ihre Wirkung erstreckt sich über Entfernungen von mehreren Molekülradien. Erst wenn eine gewisse Perfektion des Schleifens erreicht ist, kommen die Oberflächen so weit zusammen, dass die Anziehungskräfte (Adhäsion) der Moleküle einen erheblichen Teil der Kontaktfläche der Stäbe bedecken. Diese Kräfte beginnen die Verschiebung der Stäbe relativ zueinander zu behindern, was zu einer Erhöhung der Haftreibungskraft führt.

Wenn glatte Stäbe gleiten, brechen molekulare Bindungen zwischen Molekülen auf der Oberfläche der Stäbe, genauso wie Bindungen in den Erhebungen selbst auf rauen Oberflächen brechen. Das Aufbrechen molekularer Bindungen ist die Hauptsache, die Reibungskräfte von elastischen Kräften unterscheidet, wenn solche Brüche nicht auftreten. Deshalb sind die Reibungskräfte drehzahlabhängig.

Im Folgenden gehen wir näher auf die einzelnen Arten von Reibungskräften ein.

Restreibung

Nehmen wir an, Sie müssen einen Schrank verschieben. Sie wirken mit einer horizontal gerichteten Kraft darauf, aber das Gehäuse bewegt sich nicht.

Dies ist nur möglich, wenn die auf das Gehäuse ausgeübte Kraft durch eine andere Kraft ausgeglichen (ausgeglichen) wird. Diese Kraft, deren Größe der von Ihnen aufgebrachten Kraft entspricht und ihr entgegengesetzt gerichtet ist, ist die Reibungskraft im Ruhezustand.

Die Haftreibungskraft ist die Kraft, die auf einen gegebenen Körper von der Seite eines anderen Körpers in Kontakt mit ihm entlang der Kontaktfläche der Körper wirkt, wenn die Körper relativ zueinander ruhen.

Sie fangen an, den Schrank stärker zu drücken, aber er bleibt an Ort und Stelle. Dadurch erhöht sich auch die Haftreibungskraft.

Die Haftreibungskraft ist gleich groß und entgegengesetzt zu der Kraft gerichtet, die auf den Körper parallel zur Oberfläche seines Kontakts mit einem anderen Körper ausgeübt wird. Wirken parallel zu dieser Fläche keine Kräfte, so ist die Haftreibungskraft Null.

Indem Sie die Kraft auf den Schrank erhöhen, bewegen Sie ihn schließlich. Folglich kann die Haftreibungskraft von Null bis zu einigen variieren der größte Wert... Der maximale Wert der Reibungskraft, bei dem noch kein Gleiten auftritt, wird als maximale Haftreibungskraft bezeichnet. Ist die auf einen ruhenden Körper wirkende Kraft sogar geringfügig höher als die maximale Reibungskraft im ruhenden Zustand, beginnt der Körper zu gleiten.

Lassen Sie uns herausfinden, was die maximale Kraft der Haftreibung bestimmt. Legen Sie dazu einen schweren Holzklotz auf den Tisch und ziehen Sie ihn mit einem Dynamometer (Abb. 3.32). Wir werden die Dynamometerwerte in dem Moment aufzeichnen, in dem sich der Balken zu bewegen beginnt. Sie entsprechen der maximalen Haftreibungskraft (seinem Modul). Wir werden die Stange mit Gewichten belasten, die das Gewicht der Stange und damit die Stützreaktionskraft um das Zwei-, Dreifache usw. erhöhen. Beachten Sie, dass der Modul der maximalen Haftreibungskraft F max auch um das Zwei-, Dreifache usw. erhöht wird.

Reis. 3.32

Unsere Erfahrung und viele andere ähnliche Experimente lassen uns schlussfolgern, dass der Maximalwert des Moduls der Haftreibungskraft direkt proportional zum Modul der Reaktionskraft des Trägers ist:

Hier ist μ der Proportionalitätskoeffizient, der als Haftreibungskoeffizient bezeichnet wird.

Der Ruhereibungskoeffizient hängt von dem Material, aus dem die Kontaktkörper hergestellt sind, von der Qualität ihrer Oberflächen ab, hängt jedoch erfahrungsgemäß nicht von der Kontaktfläche ab. Wenn wir den Balken auf die kleinere Kante legen, erhalten wir den gleichen Wert für den Haftreibungskoeffizienten.

Bei dem in Abbildung 3.32 gezeigten Versuch wird die Haftreibungskraft nicht nur auf den Stab, sondern auch auf den Tisch aufgebracht. Wirkt nämlich der Tisch mit der nach links gerichteten Haftreibungskraft tr1 auf den Stab, so wirkt der Stab mit der nach rechts gerichteten Reibungskraft tr2 auf den Tisch, während nach dem dritten Newtonschen Gesetz

Warum kann die Haftreibungskraft von Null bis zu einem Maximalwert von μN variieren? So läuft es. Wenn eine Kraft auf den Körper einwirkt, verschiebt sie sich leicht (unmerklich für das Auge). Diese Verschiebung setzt sich fort, bis die mikroskopische Rauhigkeit der Oberflächen so lokalisiert ist, dass sie beim Ineinandergreifen zum Auftreten einer die Kraft ausgleichenden Reibungskraft führen. Mit zunehmender Kraft bewegt sich der Körper wieder leicht, so dass kleinste Unebenheiten der Oberflächen anders aneinander haften und die Reibungskraft steigt. Nur für F > F max, bei beliebiger Anordnung der Flächen zueinander, kann die Reibungskraft die Kraft nicht ausgleichen und das Gleiten beginnt.

Gleitreibung

Wenn ein Körper über die Oberfläche eines anderen Körpers gleitet, wirkt auf ihn auch eine Reibungskraft – die Gleitreibungskraft. Dies ist aus Erfahrung ersichtlich. Ein an der Stange befestigter Kraftmesser mit gleichförmiger Bewegung der Stange entlang einer horizontalen Fläche (Abb. 3.33) zeigt, dass eine konstante elastische Kraft von der Seite der Kraftmesserfeder auf die Stange wirkt. Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz ist bei gleichförmiger Bewegung des Stabes (Beschleunigung a = 0) die Resultierende aller auf ihn einwirkenden Kräfte Null. Daher wirkt bei gleichförmiger Bewegung zusätzlich zur elastischen Kraft (die Schwerkraft m und die Reaktionskraft des Trägers sind ausgeglichen) auf den Stab eine Kraft, die im Modul gleich der elastischen Kraft ist, aber dieser entgegengesetzt gerichtet ist. Diese Kraft ist die Gleitreibungskraft.

Reis. 3.33

Die Gleitreibungskraft sowie die maximale Haftreibungskraft hängen von der Reaktionskraft des Trägers, vom Material der Reibkörper und deren Oberflächenbeschaffenheit ab. Wesentlich ist, dass die Gleitreibungskraft auch von der relativen Bewegungsgeschwindigkeit der Körper abhängt. Erstens ist die Gleitreibungskraft immer der Relativgeschwindigkeit der sich berührenden Körper entgegengerichtet. Dies lässt sich mit Hilfe von Abbildung 3.34 veranschaulichen, die das Reiben zweier Körper zeigt.

Reis. 3.34

Körper 1 bewegt sich relativ zu Körper 2 mit Geschwindigkeit 1, 2 nach rechts. Die Reibungskraft tr1 wirkt auf den Körper 1 und ist nach links gerichtet. Körper 2 bewegt sich relativ zu Körper 1 mit einer Geschwindigkeit von 2, 1 nach links und die auf ihn ausgeübte Reibungskraft tp2 ist nach rechts gerichtet.

Zum anderen hängt der Modul der Gleitreibungskraft auch vom Modul der Relativgeschwindigkeit der Reibkörper ab. Die Abhängigkeit des Moduls der Gleitreibungskraft vom Modul der Relativgeschwindigkeit wird experimentell ermittelt. Diese Abhängigkeit ist in Abbildung 3.35 dargestellt. Bei geringen relativen Bewegungsgeschwindigkeiten von Körpern weicht die Gleitreibungskraft wenig von der maximalen Haftreibungskraft ab. Daher kann sie ungefähr als konstant und gleich der Haftreibungskraft angesehen werden:

Reis. 3.35

Reibungskoeffizienten für einige Materialien sind in Tabelle 5 angegeben.

Tabelle 5

Beachten Sie, dass das Reibungskraftmodul tr normalerweise kleiner ist als das Stützreaktionskraftmodul. Daher ist der Gleitreibungskoeffizient kleiner als eins. Aus diesem Grund ist es einfacher, einen Körper zu ziehen, als ihn anzuheben oder zu tragen.

Die Reibungskraft hängt von der Relativgeschwindigkeit der Körper ab. Dies ist der Hauptunterschied zu den Schwerkraft- und Elastizitätskräften, die nur von Koordinaten abhängen.

Fragen zum Selbsttest

Ein Körper mit einem Gewicht von m = 5 kg liegt auf einer waagrechten Fläche. Reibungskoeffizient μ = 0,2. Auf den Körper wirkt eine Horizontalkraft F = 5 N. Wie groß ist die Reibungskraft, wenn der Körper ruht?

Reibungskraft zwischen sich berührenden Oberflächen von Festkörpern. Reibungskraft

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