Kitka
Wikipedia
Kitka eli liikevastus on kahden kiinteän kappaleen niiden toisiaan koskettavan pinnan välissä ilmenevä liikettä tai liikkeen alkamista vastustava voima. Kitkakerroin on suhdeluku eri materiaalien keskinäisen kitkan vertailemiseksi. Kitka on ilmiö, jonka voittamiseksi kappaleen on tehtävä työtä yhtälön W = Fs mukaisesti. Tällöin kappaleeseen varastoitunutta energiaa muuttuu muiksi energian muodoiksi, kuten lämmöksi.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Mitä kitka on?
Kitka on ilmiönä vaikeasti kuvattavissa, koska siihen vaikuttaa hyvin monet syyt, kuten koskettavien materiaalien kemiallinen koostumus, pintojen rakenne, adheesio, van der Waalsin voima, väliaineet, staattinen sähkö ja ympäristön olosuhteet (esimerkiksi paine, lämpötila ja ilmankosteus). Kitkan tutkimus on oma tieteenalansa, jota kutsutaan tribologiaksi.
Kappaleille on olemassa sekä lepokitka että liikekitka. Lepokitka pyrkii vastustamaan liikkeelle lähtöä, ja liikekitka pyrkii pysäyttämään jo alkaneen liikkeen. Lepokitka on aina suurempi kuin kappaleen liikekitka, kunnes kappale liikkuu, eli lepokitka on silloin voitettu. Tämän seurauksena kappaleen lähdettyä liikkeelle sen liikkeessä pitämiseen tarvitaan vähemmän voimaa kuin liikkeelle saamiseen käytettiin.
Vierimiskitka on kappaleen pyörimistä vastustava momentti. Kappaleen pyöriessä alustaa vasten molemmissa koskettavissa pinnoissa tapahtuu muokkautumista ja elastisia muutoksia, joihin kuluu energiaa.
[muokkaa] Kitkakerroin
Kitkavoima lasketaan kitkakertoimen ja kappaleen pintaa vastaan kohtisuoran tukivoiman tulona:
,
missä sinα on tukivoiman sekä pinnan välisen kulman sini. Kitkakertoimet eri aineiden välille on määritetty kokeellisesti, ja ne ovat suuruudeltaan yleensä aina pienempiä kuin 1. Tunnetaan materiaaleja, joiden kitkakerroin on suurempi kuin 1. Tällainen yleensä tahmea kumimainen materiaali jää esimerkiksi pystysuoraan nostetulla lasilla lasiin kiinni.
Kitkavoima on vektorisuure ja sillä on siis suuruuden lisäksi aina myös suunta.
Esimerkkejä tyyppillisistä kitkakertoimen arvoista eri materiaalipareille:
- Teräs vasten PTFE-muovia 0,05–0,1
- Teräs vasten polyeteenimuovia 0,1–0,2
- Teräs vasten terästä 0,2–0,05
- Teräs vasten kumia 0,5–0,8
Kitkakertoimen perustuvasta kitkan laskemisesta on huomioitava, että kyseessä on matemaattinen yksinkertaistus, joka kätkee kaikki muut kitkaan vaikuttavat tekijät kuin kokeellisesti mitatun kahden materiaalin välisen kitkan. Kirjallisuuden esittämät arvot kitkakertoimille vaihtelevat tai niissä annetaan vain arvoalue. Vaikka kitkakerrointarkastelu ei selitä kitkan luonnetta, niin moneen konetekniikan tarpeeseen tämäkin riittää, erityisesti erilaisten rakenneratkaisujen vertailuun.
[muokkaa] Kitkan hallitseminen
Kitkaa voidaan usein pienentää muun muassa pintoja tasoittamalla tai käyttämällä voiteluaineita, sekä muuttamalla liukumiskitka vierimiskitkaksi (esim. kuulalaakerit tekniikassa). Pintojen tasoittaminen voi johtaa myös kitkan kasvamiseen, jos adheesiosta johtuvat voimat kasvavat.
Kitkaa voidaan myös optimoida, kuten autojen renkaissa. Pyörivällä kappaleella on kosketuspinnassa lepokitka. Jos auto jarruttaa niin, että renkaiden pyörimisliike loppuu tai auto joutuu sivuluisuun, renkaiden ja tienpinnan välinen kitka pienenee kitka muutuessa liukukitkaksi, jolloin auton ohjattavuus voi kadota. Tähän ongelmaan on kehitetty lukkiutumattomia jarruja (ABS), luistonestojärjestelmiä ja ESP-ajovakautusjärjestelmiä.
