Съдържание

• Стъпвам
• Метод 1 от 2: Създаване на по-груба повърхност
• Метод 2 от 2: Увеличете съпротивлението в течност или газ
• Предупреждения

Замисляли ли сте се защо ръцете ви се затоплят, когато ги триете бързо заедно или защо всъщност можете да запалите огън, като триете две пръчки? Отговорът е триене! Когато две повърхности се търкат една в друга, те ще противодействат на движенията на взаимно на микроскопично ниво. Това съпротивление ще генерира енергия под формата на топлина, която можете да използвате за затопляне на ръцете, разпалване на огън и др. Колкото по-голямо е триенето, толкова повече енергия ще се отдели, така че знайте как да увеличите триенето между две движещи се. частите в механична система основно ви дават възможност да генерирате много топлина!

Стъпвам

Метод 1 от 2: Създаване на по-груба повърхност

1. Създайте повече „груби“ или лепкави точки за контакт. Когато два материала се плъзгат или търкат един в друг, могат да се случат три неща: малки ъгли, пукнатини и неравности по повърхността могат да се уловят; една или и двете повърхности могат да се деформират в отговор на движението; и в крайна сметка атомите във всяка повърхност могат да започнат да взаимодействат помежду си. За практически цели и трите от тях правят едно и също: създават триене. Избирането на повърхности, които са абразивни (като шкурка), деформирани (като каучук) или лепкави (като лепило и т.н.), е лесен начин за увеличаване на триенето.
   • Техническите учебници и подобни ресурси могат да бъдат чудесни помощници при избора на материали, които да се използват за увеличаване на триенето. Повечето стандартни строителни материали имат известен „коефициент на триене“ - тоест мярка за това колко триене се генерира заедно с други повърхности. Коефициентите на триене само за няколко известни материала са изброени по-долу (по-високата стойност показва по-голямо триене):
   • Алуминий върху алуминий: 0,34
   • Дърво върху дърво: 0,129
   • Сух бетон върху каучук: 0,6-0,85
   • Мокър бетон върху каучук: 0,45-0,75
   • Лед върху лед: 0,01
2. Натиснете двете повърхности заедно по-силно. Основна дефиниция във физиката гласи, че триенето, което обектът претърпява, е пропорционално на нормалната сила (за нашата цел тази сила е равна на тази, с която обектът се натиска срещу другия). Това означава, че триенето между две повърхности може да се увеличи, ако повърхностите се избутат заедно с по-голяма сила.
   • Ако някога сте използвали спирачни дискове (например тези на кола или велосипед), тогава сте виждали този принцип в действие. В този случай, чрез натискане на спирачките, набор от генериращи триене блокове се притиска към метални дискове, които са прикрепени към колелата. Колкото по-силно натискате спирачките, толкова по-силно ще бъдат притиснати блоковете към дисковете и ще има повече триене. Това ви позволява бързо да спрете автомобила, но също така отделя много топлина, поради което спирачните системи често са много горещи след силно спиране.
3. Спрете всяко относително движение. Това означава, че ако една повърхност се движи спрямо друга, вие я спирате. Досега сме се фокусирали върху динамичен (или „плъзгащо се“) триене - триенето, което възниква, когато два предмета или повърхности се търкат един в друг. Всъщност тази форма на триене е различна от статични триене - триенето, което възниква, когато даден обект започне да се движи срещу друг обект. По същество триенето между два обекта е най-голямо, когато те започнат да се движат един срещу друг. След като са в движение, триенето намалява. Това е една от причините, поради които е трудно да накарате тежък предмет да се движи, отколкото да го задържите.
   • За да наблюдавате разликата между статичното и динамичното триене, опитайте следния прост експеримент: Поставете стол или друга мебел на гладък под в дома си (не върху килим или килим). Уверете се, че мебелите нямат защитни "шипове" отдолу или друг вид материал, който ще улесни плъзгането по пода. Опитайте мебелите просто натиснете достатъчно силно, за да започне да се движи. Трябва да забележите, че след като мебелите започнат да се движат, веднага става много по-лесно да се натиска. Това е така, защото динамичното триене между мебелите и пода е по-малко от статичното триене.
4. Отстранете течностите между повърхностите. Течности като масло, грес, вазелин и др., Могат значително да намалят триенето между предметите и повърхностите. Това е така, защото триенето между две твърди вещества обикновено е много по-голямо от това между твърдите вещества и течността между тях. За да увеличите триенето, можете да извадите всички възможни течности от уравнението, като само "сухи" части причиняват триене.
   • Опитайте следния прост експеримент, за да добиете представа до каква степен течностите могат да намалят триенето: Разтрийте ръцете си, ако са студени и искате да ги загреете. Трябва веднага да забележите, че те се затоплят от триенето. След това сложете достатъчно количество лосион на дланите си и опитайте да направите същото отново. Не само трябва да е по-лесно бързо да разтривате ръцете си, но и ще забележите, че те се нагряват по-малко.
5. Отстранете колелата или носачите, за да създадете триене при плъзгане. Колелата, носачите и други "търкалящи се" предмети изпитват специален вид триене, наречено триене при търкаляне. Това триене е почти винаги по-малко от триенето, генерирано от плъзгане на един и същ обект по земята. - Ето защо тези предмети са склонни да се търкалят и да не се плъзгат по земята. За да увеличите триенето в механична система, можете да премахнете колелата, носачите и т.н., така че частите да се плъзгат една срещу друга, а не да се търкалят.
   • Помислете например за разликата между изтеглянето на тежка тежест над земята в карета спрямо еквивалентна тежест в карета. Вагонът има колела, така че е по-лесно да се тегли от карета, която се влачи по земята, като същевременно генерира много триене при плъзгане.
6. Увеличете вискозитета. Твърдите предмети не са единствените неща, които могат да създадат триене. Течните вещества (течности и газове като вода и въздух, съответно) също могат да създадат триене. Размерът на триене, който течността генерира, когато тече покрай твърдо вещество, зависи от няколко фактора. Един от най-лесните за контрол е вискозитетът - това е, което обикновено се нарича "дебелина". По принцип течностите с висок вискозитет (тези са „дебели“, „лепкави“ и т.н.) ще предизвикат повече триене от течностите, които са по-малко вискозни (те са „гладки“ и „течни“).
   • Например, помислете за разликата в усилията, които ще трябва да положите, когато духате вода през сламка, вместо да духате мед през сламка. Водата не е много вискозна и ще се движи лесно през сламата. Медът е много по-труден за издухване през сламка. Това е така, защото високият вискозитет на меда генерира голяма устойчивост и по този начин триене, когато той се продухва през тясна тръба като сламка.

Метод 2 от 2: Увеличете съпротивлението в течност или газ

1. Увеличете вискозитета на течността. Средата, през която обектът пътува, упражнява сила върху обекта, която като цяло се опитва да отмени силата на триене върху обекта. Колкото по-плътна е течността (и следователно по-вискозна), толкова по-бавно обектът ще се движи през тази течност под въздействието на дадена сила. Например: мрамор ще падне във въздуха много по-бързо, отколкото през водата, и през водата по-бързо, отколкото чрез сиропа.
   • Вискозитетът на повечето течности може да се увеличи чрез понижаване на температурата. Например: мрамор пада по-бавно през студен сироп, отколкото през сироп при стайна температура.
2. Увеличете площта, изложена на въздух. Както е посочено по-горе, течните вещества като вода и въздух могат да генерират триене, когато те преминават покрай твърди вещества. Силата на триене, изпитвана от обект при движение през течно вещество, се нарича устойчивост (в зависимост от средата това се нарича още „въздушно съпротивление", „водоустойчивост" и др.) Едно от свойствата на съпротивлението е, че обект с по-голямо напречно сечение - т.е. обект с по-голям профил, докато се движи през флуида - изпитва по-голямо съпротивление. Това дава на течността повече повърхност, която да се натиска, което увеличава триенето върху обекта, докато се движи през него.
   • Да предположим, че камъче и лист хартия тежат по един грам. Ако оставим и двете да падат едновременно, камъчето ще падне право надолу, докато листът хартия бавно ще се вихри надолу. Тук виждате въздушното съпротивление в действие - въздухът се притиска към голямата, широка повърхност на хартията, създавайки съпротива и хартията пада много по-бавно от камъчето, което има относително тясно напречно сечение.
3. Изберете форма с по-голяма устойчивост. Въпреки че напречното сечение на даден обект е добро общ е индикация за размера на резистора, в действителност изчисленията на резисторите са много по-сложни. Различните форми се държат по различен начин в течностите, през които преминават - това означава, че някои форми (например плоски плочи) са по-устойчиви от други (например сфери), направени от същия материал. Тъй като мярката за относителната величина на въздушното съпротивление се нарича още "коефициент на съпротивление", се казва, че фигури с голямо въздушно съпротивление имат по-висок коефициент на съпротивление.
   • Да разгледаме например крилата на самолет. Формата на типично крило на самолет се нарича a аеродинамичен профил. Тази гладка, тясна и заоблена форма се движи лесно във въздуха. Драг коефициентът е много нисък - 0,45. От друга страна, можете да си представите, че крилото има остри ъгли, има форма на блок или изглежда като призма. Тези крила генерират много повече триене, защото генерират много съпротивление в полет. По този начин призмите имат по-голям коефициент на съпротивление от крилните профили - около 1,14.
4. Направете обекта по-малко опростен. Друго явление, свързано с различните коефициенти на съпротивление на различните форми, е, че обектите с по-голям, по-квадратен "обтекател" обикновено генерират повече съпротивление от другите обекти. Тези предмети се състоят от груби, прави линии и обикновено не се стесняват към гърба. От друга страна, обтеканите обекти често са по-заоблени и се стесняват към гърба - като тялото на риба.
   • Например начина, по който средният семеен автомобил е проектиран днес в сравнение със същия тип преди десетилетия. В миналото автомобилите бяха много по-блокадни и имаха много по-прави и правоъгълни линии. Днес повечето семейни автомобили са много по-опростени и до голяма степен меко заоблени. Това се прави нарочно - рационализирана форма означава, че автомобилът изпитва по-малко съпротивление, намалявайки усилието на двигателя да движи автомобила (и намалявайки пробега на бензин).
5. Използвайте материал, който позволява по-малко въздух да премине. Някои материали позволяват преминаването на течности и газове. С други думи, има отвори за преминаване на течността. Това гарантира, че повърхността на предмета, срещу която се изтласква течността, става по-малка, така че има по-малко съпротивление.Това свойство остава валидно, дори ако отворите са микроскопични - докато отворите са достатъчно големи, за да могат течността / въздухът да преминат, съпротивлението ще бъде намалено. Ето защо парашутите, създадени да генерират много въздушно съпротивление и по този начин да намалят скоростта на падане на някого или нещо, са изработени от здрава, лека коприна или найлон, а не памук или кафе филтри.
   • За да дадете пример за това свойство в действие, помислете какво се случва с прилеп за пинг понг, когато пробиете няколко дупки в него. След това става много по-лесно бързото преместване на греблото. Дупките позволяват на въздуха да преминава, докато люлее греблото, което значително намалява съпротивлението и позволява греблото да се движи по-бързо.
6. Увеличете скоростта на обекта. И накрая, независимо от формата на даден обект или от това колко пропусклив е материалът, от който е направен, съпротивлението, с което се сблъсква, винаги ще се увеличава, когато се движи по-бързо. Колкото по-бързо се движи обектът, толкова повече течност ще трябва да се движи, което от своя страна увеличава съпротивлението. Обектите, движещи се с много високи скорости, могат да изпитат много голямо триене поради голямото съпротивление, така че тези обекти обикновено ще бъдат опростени там или в противен случай ще се разпаднат поради силата на съпротивлението.
   • Помислете за Lockheed SR-71 "Blackbird", експериментален шпионски самолет, построен по време на Студената война. Blackbird, който можеше да лети със скорост по-голяма от 3.2 маха, срещна изключителна устойчивост от тези високи скорости, въпреки рационализирания си дизайн - достатъчно екстремен, за да накара металния фюзелаж на самолета да се разшири поради топлината, генерирана от триенето от въздуха по време на полет. .

Предупреждения

• Изключително високото триене може да освободи много енергия под формата на топлина! Например наистина не искате да докосвате спирачните накладки на колата си веднага след като натиснете силно спирачките!
• Големите сили, освободени при влачене през течност, могат да причинят структурни повреди на този обект. Например, ако залепите плоската страна на тънък парче шперплат във водата, докато пътувате с моторна лодка, има вероятност тя да бъде разкъсана на парчета.