Conţinut

• A calca
• Metoda 1 din 2: Crearea unei suprafețe mai aspre
• Metoda 2 din 2: Creșteți rezistența într-un lichid sau gaz
• Avertizări

Te-ai întrebat vreodată de ce mâinile tale se încălzesc atunci când le freci repede sau de ce poți efectiv să declanșezi un foc frecând două bețe împreună? Răspunsul este fricțiune! Când două suprafețe se freacă una de cealaltă, ele vor contracara mișcarea celuilalt la nivel microscopic. Această rezistență va genera energie sub formă de căldură, pe care o puteți folosi pentru a vă încălzi mâinile, pentru a face foc, etc. piesele dintr-un sistem mecanic vă oferă practic posibilitatea de a genera multă căldură!

A calca

Metoda 1 din 2: Crearea unei suprafețe mai aspre

1. Creați mai multe puncte de contact „aspre” sau lipicioase. Când două materiale alunecă sau se freacă unele de altele, se pot întâmpla trei lucruri: colțuri mici, fisuri și nereguli la suprafață pot fi prinse; una sau ambele suprafețe se pot deforma ca răspuns la mișcare; și, în cele din urmă, atomii din orice suprafață pot începe să interacționeze între ei. În scopuri practice, toate aceste trei fac același lucru: creează frecare. Alegerea suprafețelor abrazive (cum ar fi șmirghelul), deformate (cum ar fi cauciucul) sau lipicioase (cum ar fi adezivul etc.) este o modalitate ușoară de a crește frecarea.
   • Manualele tehnice și resursele similare pot fi un mare ajutor în selectarea materialelor de utilizat pentru creșterea frecării. Majoritatea materialelor de construcție standard au un „coeficient de frecare” cunoscut - adică o măsură a cantității de frecare generată împreună cu alte suprafețe. Coeficienții de frecare pentru doar câteva materiale cunoscute sunt enumerați mai jos (o valoare mai mare indică o frecare mai mare):
   • Aluminiu pe aluminiu: 0,34
   • Lemn pe lemn: 0,129
   • Beton uscat pe cauciuc: 0,6-0,85
   • Beton umed pe cauciuc: 0,45-0,75
   • Gheață pe gheață: 0,01
2. Împingeți cele două suprafețe împreună mai tare. O definiție de bază în fizică afirmă că fricțiunea unui obiect este proporțională cu forța normală (în scopul nostru această forță este egală cu cea cu care obiectul împinge împotriva celuilalt). Aceasta înseamnă că fricțiunea dintre două suprafețe poate fi mărită dacă suprafețele sunt împinse împreună cu mai multă forță.
   • Dacă ați folosit vreodată discuri de frână (de exemplu, cele de pe mașină sau bicicletă), atunci ați văzut acest principiu în acțiune. În acest caz, prin apăsarea frânelor, un set de blocuri generatoare de frecare sunt împinse împotriva discurilor metalice care sunt atașate la roți. Cu cât apăsați mai tare frânele, cu atât blocurile vor fi mai puternice apăsate pe discuri și vor exista mai multe fricțiuni. Acest lucru vă permite să opriți vehiculul rapid, dar, de asemenea, degajă multă căldură, motiv pentru care sistemele de frânare sunt adesea foarte fierbinți după frânarea intensă.
3. Opriți orice mișcare relativă. Aceasta înseamnă că, dacă o suprafață se mișcă față de alta, o opriți. Până acum ne-am concentrat asupra dinamic (sau „alunecare”) fricțiune - fricțiunea care apare atunci când două obiecte sau suprafețe se freacă unul împotriva celuilalt. De fapt, această formă de frecare este diferită de static fricțiune - fricțiunea care apare atunci când un obiect începe să se miște împotriva altui obiect. În esență, fricțiunea dintre două obiecte este mai mare atunci când încep să se miște unul împotriva celuilalt. Odată ce acestea sunt în mișcare, frecarea scade. Acesta este unul dintre motivele pentru care este dificil să faci mișcarea unui obiect greu decât să-l păstrezi.
   • Pentru a observa diferența dintre frecare statică și dinamică, încercați următorul experiment simplu: Așezați un scaun sau altă piesă de mobilier pe o podea netedă din casa dvs. (nu pe un covor sau covor). Asigurați-vă că mobilierul nu are „știfturi” de protecție pe fund sau orice alt tip de material care va facilita alunecarea pe podea. Încercați mobilierul doar împingeți suficient de tare, astfel încât să înceapă să se miște. Trebuie să observați că odată ce mobilierul începe să se miște, devine imediat mult mai ușor de împins. Acest lucru se datorează faptului că fricțiunea dinamică dintre mobilier și podea este mai mică decât fricțiunea statică.
4. Îndepărtați lichidele dintre suprafețe. Lichidele precum uleiul, grăsimile, vaselina etc. pot reduce semnificativ frecarea dintre obiecte și suprafețe. Acest lucru se datorează faptului că frecarea dintre două solide este de obicei mult mai mare decât cea dintre solide și un lichid între ele. Pentru a crește frecarea, puteți scoate din ecuație toate lichidele posibile, doar piesele „uscate” provocând frecarea.
   • Încercați următorul experiment simplu pentru a vă face o idee despre măsura în care lichidele pot reduce frecarea: Frecați-vă mâinile împreună dacă sunt reci și doriți să le încălziți. Ar trebui să puteți observa imediat că se încălzesc de la frecare. Apoi puneți o cantitate bună de loțiune pe palme și încercați să faceți același lucru din nou. Nu numai că ar fi mai ușor să vă frecați rapid mâinile, dar veți observa, de asemenea, că se încălzesc mai puțin.
5. Scoateți roțile sau suporturile pentru a crea o frecare glisantă. Roțile, purtătorii și alte obiecte „rulante” experimentează un tip special de frecare numit frecare de rulare. Această frecare este aproape întotdeauna mai mică decât fricțiunea generată prin alunecarea aceluiași obiect peste sol. - Acesta este motivul pentru care aceste obiecte tind să se rostogolească și să nu alunece pe pământ. Pentru a crește frecarea într-un sistem mecanic, puteți scoate roțile, suporturile etc., astfel încât piesele să alunece una împotriva celeilalte, nu să se rostogolească.
   • Luați în considerare, de exemplu, diferența dintre a trage o greutate mare peste sol într-o trăsură versus o greutate echivalentă într-o trăsură. Un vagon are roți, deci este mai ușor de tras decât un cărucior, care trage de-a lungul solului, generând în același timp o mulțime de frecare glisantă.
6. Creșteți vâscozitatea. Obiectele solide nu sunt singurele lucruri care pot crea frecare. Substanțele lichide (lichide și gaze, cum ar fi apa și respectiv aerul) pot crea, de asemenea, frecare. Cantitatea de frecare pe care o generează un lichid atunci când curge pe lângă un solid depinde de mai mulți factori. Una dintre cele mai ușor de controlat este vâscozitatea - asta este ceea ce se numește în mod obișnuit „grosime”. În general, lichidele cu o vâscozitate ridicată (acestea sunt „groase”, „lipicioase” etc.) vor provoca o frecare mai mare decât lichidele mai puțin vâscoase (acestea sunt „netede” și „lichide”).
   • De exemplu, luați în considerare diferența de efort pe care va trebui să o faceți când suflați apă printr-o paie față de suflarea mierii printr-o paie. Apa nu este foarte vâscoasă și se va deplasa ușor prin paie. Mierea este mult mai dificil de suflat printr-o paie. Acest lucru se datorează faptului că vâscozitatea ridicată a mierii generează multă rezistență și astfel frecare atunci când este suflată printr-un tub îngust, cum ar fi un pai.

Metoda 2 din 2: Creșteți rezistența într-un lichid sau gaz

1. Creșteți vâscozitatea lichidului. Mediul prin care călătorește un obiect exercită o forță asupra obiectului care, în ansamblu, încearcă să anuleze forța de frecare asupra obiectului. Cu cât un lichid este mai dens (și, prin urmare, mai vâscos), cu atât un obiect se va mișca mai lent prin acel lichid sub influența unei forțe date. De exemplu: o marmură va cădea prin aer mult mai repede decât prin apă și prin apă mai repede decât prin sirop.
   • Viscozitatea majorității lichidelor poate fi crescută prin scăderea temperaturii. De exemplu: o marmură cade mai lent prin sirop rece decât prin sirop la temperatura camerei.
2. Măriți zona expusă aerului. Așa cum s-a indicat mai sus, substanțele lichide, cum ar fi apa și aerul, pot genera frecare atunci când curg peste solide. Forța de frecare experimentată de un obiect în timp ce se deplasează printr-o substanță lichidă se numește rezistență (în funcție de mediu, aceasta se mai numește și "rezistență la aer", "rezistență la apă" etc.). Una dintre proprietățile rezistenței este aceea că un obiect cu o secțiune transversală mai mare - adică un obiect cu un profil mai mare pe măsură ce se mișcă prin fluid - are mai multă rezistență. Acest lucru conferă lichidului mai multă suprafață pentru a împinge, ceea ce crește fricțiunea asupra obiectului pe măsură ce se deplasează prin el.
   • Să presupunem că o pietricică și o foaie de hârtie cântăresc fiecare câte un gram. Dacă le lăsăm pe ambele să cadă în același timp, pietricele vor cădea direct în jos, în timp ce foaia de hârtie se va învârti încet. Aici vedeți rezistența aerului în acțiune - aerul împinge împotriva suprafeței mari și largi a hârtiei creând rezistență și hârtia cade mult mai încet decât pietricica, care are o secțiune transversală relativ îngustă.
3. Alegeți o formă cu rezistență mai mare. Deși secțiunea transversală a unui obiect este una bună general este o indicație a dimensiunii rezistorului, în realitate calculele rezistenței sunt mult mai complicate. Diferite forme se comportă în moduri diferite în lichidele prin care trec - aceasta înseamnă că unele forme (de ex. Plăci plate) sunt mai rezistente decât altele (de ex. Sfere) realizate din același material. Deoarece măsura pentru magnitudinea relativă a rezistenței aerului este numită și „coeficient de tracțiune”, se spune că formele cu o rezistență mare a aerului au un coeficient de tracțiune mai mare.
   • Luați în considerare, de exemplu, aripile unui avion. Forma unei aripi tipice a unui avion se numește a aerodinamică. Această formă netedă, îngustă și rotunjită se mișcă ușor prin aer. Coeficientul de tragere este foarte scăzut - 0,45. Pe de altă parte, vă puteți imagina că o aripă are unghiuri ascuțite, este în formă de bloc sau arată ca o prismă. Aceste aripi generează mult mai multe fricțiuni, deoarece generează multă rezistență în zbor. Prismele au astfel un coeficient de tracțiune mai mare decât profilurile aripilor - aproximativ 1,14.
4. Faceți obiectul mai puțin raționalizat. Un alt fenomen legat de diferiții coeficienți de rezistență a diferitelor forme este acela că obiectele cu un „carenaj” mai mare și mai pătrat generează în general mai multă rezistență decât alte obiecte. Aceste obiecte sunt formate din linii drepte și drepte și de obicei nu se îngustează spre spate. Pe de altă parte, obiectele aerodinamice sunt adesea mai rotunjite și se înrăutățesc spre spate - ca și corpul unui pește.
   • De exemplu, modul în care mașina de familie medie este proiectată astăzi în comparație cu același tip cu zeci de ani în urmă. În trecut, mașinile erau mult mai blocate și aveau linii mult mai drepte și dreptunghiulare. Astăzi, majoritatea mașinilor de familie sunt mult mai raționale și, în mare măsură, rotunjite ușor. Acest lucru se face în mod intenționat - o formă simplificată înseamnă că o mașină are mai puțină rezistență, reducând efortul motorului de a muta mașina (și reducând kilometrajul de gaz).
5. Folosiți material care permite trecerea mai puțin aerului. Unele materiale permit trecerea lichidelor și gazelor. Cu alte cuvinte, există găuri pentru trecerea lichidului. Acest lucru asigură că suprafața obiectului împotriva căruia se împinge lichidul devine mai mică, astfel încât există o rezistență mai mică.Această proprietate rămâne valabilă chiar dacă găurile sunt microscopice - atâta timp cât găurile sunt suficient de mari pentru a permite trecerea lichidului / aerului, rezistența va fi redusă. Acesta este motivul pentru care parașutele, proiectate să genereze multă rezistență la aer și astfel să reducă viteza de cădere a cuiva sau ceva, sunt realizate din mătase puternică, ușoară sau din nailon și nu din filtre de bumbac sau cafea.
   • Pentru a da un exemplu al acestei proprietăți în acțiune, gândiți-vă la ce se întâmplă cu o liliecă de ping pong atunci când faceți câteva găuri în ea. Apoi devine mult mai ușor să mutați paleta rapid. Găurile permit aerului să treacă în timp ce balansați paleta, ceea ce reduce foarte mult rezistența și permite paletei să se miște mai repede.
6. Măriți viteza obiectului. În cele din urmă, indiferent de forma unui obiect sau de cât de permeabil este materialul din care este confecționat, rezistența pe care o întâmpină va crește întotdeauna pe măsură ce se mișcă mai repede. Cu cât un obiect se mișcă mai repede, cu atât va trebui să se miște mai lichid, ceea ce la rândul său crește rezistența. Obiectele care se mișcă la viteze foarte mari pot experimenta frecări foarte mari datorită rezistenței ridicate, astfel încât aceste obiecte vor fi de obicei simplificate acolo sau altfel se vor destrăma datorită forței rezistenței.
   • Luați în considerare Lockheed SR-71 „Blackbird”, un avion experimental spion construit în timpul Războiului Rece. Blackbird, care ar putea zbura la viteze mai mari decât mach 3.2, a întâmpinat rezistență extremă de la acele viteze mari, în ciuda designului său raționalizat - suficient de extrem pentru a determina extinderea fuselajului metalic al avionului datorită căldurii generate de fricțiunea din aer în timpul zborului. .

Avertizări

• Fricțiunea extrem de mare poate elibera multă energie sub formă de căldură! De exemplu, chiar nu vrei să atingi plăcuțele de frână ale mașinii tale imediat după ce ai lovit puternic frâna!
• Marile forțe eliberate atunci când sunt trase printr-un fluid pot provoca daune structurale acelui obiect. De exemplu, dacă lipiți partea plată a unei bucăți subțiri de placaj în apă în timp ce navigați cu o barcă cu motor, este posibil ca aceasta să fie sfâșiată.