Триенето под микроскоп
С триенето се сблъскваме на всяка крачка, но без триене, не би било стъпка напред. Невъзможно е да си представим свят без триене. При липса на триене, много краткосрочни движения, за да продължи за неопределено време. Земята трепереше от непрекъснато да земетресения като тектоничните плочи са постоянно изправени един с друг. Всички ледници се веднага валцувани от планините и на повърхността на земята ще се носи от прах миналата вятър. Както е добре, че все още има светлина в силата на триене!
От друга страна, триенето между частите на машината ги кара да се носят и допълнителни разходи. Груби изчисления показват, че научните изследвания в трибологията - науката за триене - може да спести около 2 до 10% от националния брутен вътрешен продукт.
Две от най-важните човешки изобретение - колело и вземане на огън - свързано със сила на триене. Изобретяването на колелото помогна за значително намаляване на силата, която не позволява движение, и вземане на пожар доставени сила на триене, в служба на човека. Въпреки това, до сега учените са далеч от пълно разбиране на физическите основите на триене. И това не е така, защото хората от известно време вече не се интересуват от това явление.
Първият състав принадлежи на закони голямо триене Леонардо (1519), който твърди, че силата на триене, който възниква, когато тялото е в контакт с друга повърхност на тялото е пропорционална на притискащата сила е насочена срещу посоката на движение и не зависи от контактната площ. Този закон е преоткрит след 180 години H. Amontons, а след това в работата на рафинираната В. Кулон (1781). Amontons медальон и въвежда понятието коефициент на триене като връзката на триене сила на натоварването, което му придава стойност на физичните константи, напълно определя силата на триене за всеки чифт контактни материали. Досега това е формулата
където FFR - силата на триене, N - затягане сила компонент нормално към повърхността на контакт и # 956; - коефициент на триене, е единствената формула които могат да бъдат намерени в учебниците по физика (виж Фигура 29 ..).
Фигура 29. Състав класически право на триене.
В продължение на два века, за да се докаже експериментално закона (1) никой не може да отрече, и засега звучи като преди 200 години:
· Фрикционна сила, пропорционално на нормалната сила компонент, натиск повърхност движещо се тяло и винаги действа в посока, обратна на посоката на движение.
· Сила на триене не зависи от големината на контактната повърхност.
· Сила на триене не зависи от скоростта на приплъзване.
· Сила на статично триене е винаги по-голяма от силата на триене.
· Силата на триене зависи само от двата материала, които се плъзгат един върху друг.
Още в ХIХ век стана ясно, че в закона Amonton-Кулон (1) не винаги се описват правилно силата на триене, и коефициент на триене никакъв случай не са универсални характеристики. На първо място, това се отбелязва, че коефициентите на триене зависят не само от какви материали са в контакт, но също и за това как гладко обработени контактни повърхности. Установено е, например, че коефициентите на триене във вакуум винаги по-голяма, отколкото при нормални условия (вж. Таблицата по-долу).
Възможно е, разбира се, да се вземат по друг път и изучаване на триене "мед от мед" мярка сила в движение перфектно полирана повърхност и се дегазира във вакуум. Но след тези две парчета меден просто се държим заедно, а коефициентът на статично триене ще започне да расте с времето, изминало контактни повърхности. По същите причини, коефициент на триене при плъзгане, ще зависи от скоростта (увеличи с намаляване на неговата). Следователно, за да се определи точно силата на триене за чисти метали също е възможно.
Въпреки това, стандартът за сухи повърхности класически право на триене е почти точен, въпреки че причината за този вид на закона, доскоро, остава неясно. След теоретично оценка на коефициента на триене между двете повърхности и никой не би могъл.
Сложността на изучаването на триене се крие във факта, че на мястото, където този процес се извършва, скрити от изследовател от всички страни. Въпреки това, учените са заключили, че дълго силата на триене, се дължи на факта, че най-микроскопично ниво (т.е., ако погледнете през микроскоп) контакт на повърхността е много груб, дори ако те са били полирани. Следователно плъзгането на двете повърхности една върху друга може да наподобява фантазия случай, когато обърната планински кавказки втрива, например, от Хималаите (фиг. 30).
Фигура 30. Схематично представяне на точката на контакт на плъзгащите повърхности при ниска (горе) и висока (дъно) на силата на натиск.
Първо си помислихме, че механизмът за триене е проста: на повърхността е покрита с нередности, както и триенето е в резултат на последователни цикъла "вдигане понижаване" на движещи се части. Но това е погрешно, защото тогава няма да има загуба на енергия, както и енергията на триене се консумира.
По-близо до реалността може да се счита следния модел на триене. Когато плъзгащите фрикционни повърхности на неравности в контакт и контактните точки на противоположните атоми са привлечени един към друг, като "участват". При по-нататъшно относително движение на органите на тези съединители са разделени, и има колебания атоми, като тези, които се срещат при освобождаване на пружината на напрежение. С течение на времето, тези вибрации се заглушават и тяхната енергия се превръща в топлина, се разпространява от двете тела. В случай на подхлъзване меки органи могат също така унищожаване на неравности, така наречената "вадене", в този случай, механичната енергия се изразходва за унищожаването на междумолекулни или interatomic облигации.
По този начин, ако искаме да учат триенето, което трябва да успее да се движат една песъчинка, състоящ се от няколко атома по повърхността на много малко разстояние от него, а за измерване на силите, действащи върху песъчинка от повърхността. Това е възможно само след изобретението на атомно-силов микроскоп. Създаване на атомно-силов микроскоп (AFM), способността да усетите силата на привличане и отблъскване, възникнал между отделните атоми, направи възможно най-накрая, за да "чувстват" това, което е силата на триене, откриване на нова област на науката на триене - nanotribology.
По този начин, триене при плъзгане сила Микропробен зависи от площта на неговия контакт с повърхността, която е в противоречие с класическата закона на триене. Установено е също така, че силата на триене става нула, при липса на сила натискане на повърхността Микропробен. Да, това е разбираемо, тъй като Микропробен заобикалящата на атомите от повърхността толкова близо до него, подредени, че тя привлече дори и при липса на сили на външните компресия. Затова основното предположение на класическата закона - на пряко пропорционално на триене сила на силата на компресия - не се наблюдава в nanotribology.
Въпреки това, всички тези различия между класическата закона (1) и nanotribology данни, получени с помощта на AFM лесно се елиминира. Чрез увеличаване на силата натискане на движещото се тяло, броя на точкови контакти се увеличава, като по този начин повишава общата сила и триене при плъзгане. Поради това, не съществуват противоречия между наскоро получени учени и стария закон липсват данни.
Дълго време се предполагаше, че принуждава тялото на човек, за да се плъзга от друга страна, ние се счупи малкия нееднородност на тялото, които се придържат към хетерогенността на повърхността на друг, както и да се прекъсне тези хомогенностите, и е необходима сила на триене. Ето защо, старата представянето често е свързана с възникването на повреда силите на триене микропрожекторни триене повърхности, техните така наречени износване. Nanotribological изследвания с използване на AFM и други модерни техники са показали, че силата на триене между повърхностите може да бъде дори и в случаите, когато те не са повредени. Причината за тези сили на триене които постоянно възникват и бързам връзка между триещите се атоми.
Сайт с uCoz
Свързани статии