Súrlódás
A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából.
A súrlódás két érintkező felület között fellépő erő, vagy az az erő, mellyel egy közeg fékezi a benne mozgó tárgyat (például a mézben lesüllyedő kanálra ható fékező erő.)
Tartalomjegyzék |
[szerkesztés] Száraz súrlódás
A súrlódás nem egy alapvető erő, hanem a molekulák között fellépő elektromágneses erők következménye. Amikor két érintkező felület elmozdul egymáson, a súrlódással szemben végzett munka hővé alakul. A szilárd testek között fellépő súrlódást száraz súrlódásnak vagy Coulomb-súrlódásnak nevezik, egy szilárd test és gáz vagy folyadék közötti súrlódást folyadék súrlódásnak hívják. A belső súrlódás egy rugalmas testnek az alakváltozásakor lép fel: A deformációhoz szükséges munka egy része nem a rugalmas alakváltozást fedezi, hanem hővé alakul. (Autók gumiabroncsa leálláskor meleg, akkor is, ha nem fékeztünk.) A közhiedelem ellenére a csúszó súrlódást nem a felületek érdessége okozza, hanem a felületek közötti kémiai kötések.[1] A felületi érdesség azonban mikro- és nanoméretű tárgyak esetén szerepet játszik, ahol a felületi erők nagyobbak a tehetetlenségi erőknél.[2]
A súrlódásról fontos megjegyezni, hogy az mindössze reakcióerő, ami azt jelenti, hogy csak akkor lép fel, ha egy aktív erő a testet el akarja mozdítani vagy már elmozdította, és ilyenkor mindig a pillanatnyi elmozdulással ellentétes irányban hat. Ha egy nyugalomban lévő testre nem hat a támaszkodó felületével párhuzamos irányú erő, akkor ott nem is ébred súrlódás.
Legyen a felületre merőleges erő 
, akkor az 
súrlódás értéke:
,
ahol 
a dimenzió nélküli statikus súrlódási tényező. A súrlódási tényező az érintkező felületek anyagminőségétől függő empirikus mennyiség.
Hasonló összefüggés írható fel akkor is, ha a felületek irányába ható erő nagyobb a súrlódásnál, ekkor a súrlódás pontosan egyenlő lesz a súrlódási tényező és a felületi normális szorzatával, de a súrlódási tényező a nyugvó súrlódási tényezőnél általában kisebb:
Itt 
a mozgás közben mért kinetikus súrlódási tényező, mely általában eltér (kisebb), a statikus súrlódási tényezőtől.
A fentiekből több következtetés is levonható:
- A száraz súrlódás nem függ az érintkező felületek nagyságától.
- Ha egy test súrlódását valamilyen irányban egy erő legyőzi, tehát mozgásba jön, akkor minden más erőhatásra úgy válaszol, mintha nem volna súrlódás. Például, ha egy nehéz szekrényt el akarunk mozdítani a fal felé és nem mozdul, akkor el kell mozdítani a fallal párhuzamosan, és mozgás közben be lehet tolni a falhoz. Más példa: ha berozsdásodott szeget deszkából akarunk kihúzni, ha sikerül megforgatni, könnyen kijön.
- Közismert a blokkoló kerekű gépkocsik példája: a kerék és aszfalt közötti súrlódási tényező addig, amig a kerék nem csúszik meg, hanem gördül, nagyobb, mint megcsúszás esetén. Ha erősen fékezünk, a kerék egy idő mulva megcsúszik és hosszabb lesz a fékútja. Ha fékezés közben „pumpálunk”, vagyis periódikusan taposunk a pedálra, akkor a megcsúszás után újra tapadni fog a kerék és a fékút kisebb lesz, mint állandóan lenyomott fékpedál esetén. Ezt a működtetést az ABS rendszerek automatikusan elvégzik helyettünk.
[szerkesztés] A súrlódási kúp
Egy adatott értékű normális erőhöz a fenti képlet szerint a megcsúszás határán 
súrlódási erő tartozik. A két erő egymásra merőleges és
szöget zár be egymással. Belátható, hogy ha a felületeket elmozdítani akaró erő és a felületeket összeszorító erő eredőjének szöge kisebb a 
szögnél, akkor a felületek nem csúsznak el egymáson. Ez igaz akkor, ha az eredő erő egy félkúpszögű kúpon belül marad, akármilyen irányú legyen is a felületeket elmozdítani akaró erő. Ezért a szöget súrlódási félkúpszögnek hívják.
Megjegyzendő, hogy a száraz súrlódás a fent leírt egyszerű modellhez képest lényegesen bonyolultabb jelenség, azonban műszaki számításokban elegendő biztonságot ad a gépek és berendezések megfelelő biztonsággal való tervezéséhez.
[szerkesztés] Néhány anyagpár statikus és kinetikus súrlódási tényezője
| Anyagok | Statikus (ca.) | Kinetikus (ca.) |
|---|---|---|
| Acél - acél | 0,08-0,25 | 0,06-0,20 |
| Acél - Teflon | 0,04 | 0,04 |
| Alumínium - Alumínium | 1,05 | 1,04 |
| Nikkel - Nikkel | 1,5 | 1,2 |
| NaCl - NaCl | 4,5 | 0,9 |
| Gumi - Aszfalt (szárazon) | 0,9 | 0,8 |
| Fa - Kő | 0,70 | 0,30 |
[szerkesztés] Gördülő súrlódás
A gördülő súrlódás helyesebben gördülő ellenállás az a súrlódó erő, ami egy kerék vagy golyó és a pálya között ébred. Álalában a gördülő súrlódás kisebb, mint a csúszó súrlódás..[3] A 
gördülő súrlódási tényező tipikus értéke 0,001.[4]
A gördülő súrlódásra jó példa egy gépjármű gumiabroncsa és az úttest között ébredő erő. A gépkocsi haladása során a kerék az úton zajt kelt és hőt fejleszt..[5]
[szerkesztés] Néhány tipikus gördülő súrlódási tényező
|
Gördülő test/pálya |
|---|---|
| 0,0005–0,001 | Golyóscsapágy, A golyó és a csapágygyűrűk edzett acélból |
| 0,001–0,002 | Vasút Acél kerék acél sínen |
| 0,007 | Gumiabroncs és aszfalt |
| 0,006–0,010 | személyautó gumiabroncs és aszfalt |
| 0,013–0,015 | Teherautó gumiabroncs és aszfalt |
| 0,01–0,02 | Gumiabroncs és beton |
| 0,020 | Gumiabroncs és apró zúzottkő |
| 0,015–0,03 | Gumiabroncs és kockakő |
| 0,03–0,06 | Gumiabroncs és kátyú |
| 0,045 | Lánctalp és kemény útfelület |
| 0,050 | Gumiabroncs és terep (föld) |
| 0,04–0,08 | Gumiabroncs és homok |
[szerkesztés] Folyadéksúrlódás
A folyadék- és gázsúrlódás alapvetően különbözik a száraz súrlódástól, itt ugyanis nincs statikus súrlódás. (Teljesen nyugvó vízben, szélcsendes időben egyetlen ember lassan el tud húzni egy óceánjáró hajót.) A folyadék vagy gáz belső súrlódását a viszkozitás jellemzi. A folyadéksúrlódás kis sebességeknél igen kis értékű lehet, ezért hatásos az a széles körben elterjedt gyakorlat, hogy a száraz súrlódás csökkentésére a csúszó felületeket kenőanyaggal látják el. Leggyakrabban olaj a kenőanyag, de víz sőt levegő is használható kenésre megfelelő körülmények között. A folyadéksúrlódás veszteségcsökkentő tulajdonságait a tudományos alapon tervezett siklócspágyakban hasznosítják. A súrlódást nemcsak kenőfolyadékkal lehet csökkenteni, hanem bizonyos szilárd porokkal is, ilyen a talkum, a grafit és a molibdén-diszulfid is.
[szerkesztés] Hasznos súrlódás
A súrlódás hasznos is lehet. Ha nem ébredne súrlódás, nem lehetne tárgyakat letenni sima felületekre, hacsak nem ideálisan vízszintesek, anélkül, hogy el ne mozdulnának. A dörzshajtásnál két összeszorított henger vagy kúp között ébredő súrlódás biztosítja, hogy forgó mozgást és forgatónyomatékot lehessen átvinni egyik tengelyről a másikra. A laposszíjhajtás és ékszíjhajtás szintén a száraz súrlódást használja ki, de a gépkocsik oldható tengelykapcsolója (a „kuplung”) és a fékek működése is a súrlódáson alapszik.
[szerkesztés] Káros súrlódás
A száraz és folyadéksúrlódás az egyik oka annak, hogy gépeink rossz hatásfokkal dolgoznak. Ha nem lenne súrlódás, örökmozgót is lehetne készíteni, amely ugyan energiát nem termelne, de egyszer megindítva örökké mozogna.
[szerkesztés] Forrás
[szerkesztés] Referenciák
- ^ Beatty, William J. "Recurring science misconceptions in K-6 textbooks". Retrieved 2007-06-08.
- ^ Persson, Bo N. J., Sliding Friction
- ^ Benjamin Silliman, Principles of Physics, Or Natural Philosophy, Ivison, Blakeman, Taylor & company publishers, 710 pages {1871)
- ^ Hans-Jürgen Butt, Karlheinz Graf, Michael Kappl, Physics and Chemistry of Interfaces, Wiley Pubishers, 373 pages, ISBN 3527404139 (2006)
- ^ [1] C. Michael Hogan, Analysis of Highway Noise, Journal of Soil, Air and Water Pollution, Springer Verlag Publishers, Netherlands, Volume 2, Number 3 / September, 1973
