Obsah

• Na krok
• Metóda 1 z 2: Vytvorenie drsnejšieho povrchu
• Metóda 2 z 2: Zvýšte odpor v kvapaline alebo plyne
• Varovania

Zamysleli ste sa niekedy nad tým, prečo sa vaše ruky zahrejú, keď ich rýchlo treníte, alebo prečo vlastne môžete založiť oheň trením dvoch palíc o seba? Odpoveďou je trenie! Keď sa dva povrchy navzájom o seba trú, budú vzájomne pôsobiť proti pohybu na mikroskopickej úrovni. Tento odpor bude generovať energiu vo forme tepla, ktoré môžete použiť na zahriatie rúk, založenie ohňa atď. Čím väčšie trenie, tým viac energie sa uvoľní, takže vedzte, ako zvýšiť trenie medzi dvoma pohybujúcimi sa. diely v mechanickom systéme vám v zásade dávajú príležitosť vytvárať veľa tepla!

Na krok

Metóda 1 z 2: Vytvorenie drsnejšieho povrchu

1. Vytvorte viac „drsných“ alebo lepivých kontaktných bodov. Pri skĺznutí alebo trení dvoch materiálov o seba sa môžu stať tri veci: malé rohy, praskliny a nerovnosti na povrchu sa môžu zachytiť; jeden alebo obidva povrchy sa môžu deformovať v reakcii na pohyb; a nakoniec môžu atómy na akomkoľvek povrchu začať navzájom interagovať. Z praktických dôvodov všetky tieto tri prvky robia to isté: vytvárajú trenie. Ľahký spôsob, ako zvýšiť trenie, je vyberať drsné povrchy (napríklad brúsny papier), deformovať (napríklad guma) alebo lepiť (napríklad lepidlo atď.).
   • Technické učebnice a podobné zdroje môžu byť skvelými pomocníkmi pri výbere materiálov, ktoré sa majú použiť na zvýšenie trenia. Väčšina štandardných stavebných materiálov má známy „koeficient trenia“ - to znamená mieru toho, koľko trenia sa vytvára spolu s ostatnými povrchmi. Nižšie sú uvedené koeficienty trenia iba pre niekoľko známych materiálov (vyššia hodnota označuje vyššie trenie):
   • Hliník na hliníku: 0,34
   • Drevo na drevo: 0,129
   • Suchý betón na gume: 0,6-0,85
   • Mokrý betón na gume: 0,45-0,75
   • Ľad na ľade: 0,01
2. Oba povrchy silnejšie zatlačte. Základné vymedzenie vo fyzike hovorí, že trenie, ktorým objekt prechádza, je úmerné normálnej sile (pre náš účel sa táto sila rovná sile, s ktorou objekt tlačí proti druhej). To znamená, že trenie medzi dvoma povrchmi sa môže zvýšiť, ak sú povrchy tlačené k sebe väčšou silou.
   • Ak ste niekedy používali brzdové kotúče (napríklad tie v aute alebo na bicykli), potom ste tento princíp videli v akcii. V takom prípade sa stlačením bŕzd pritlačí sada blokov generujúcich trenie proti kovovým diskom pripevneným na kolesách. Čím silnejšie zatlačíte brzdy, tým silnejšie budú bloky zatlačené na disky a dôjde k väčšiemu treniu. To vám umožní rýchlo zastaviť vozidlo, ale tiež uvoľní veľa tepla, preto sú brzdové systémy po prudkom brzdení často veľmi horúce.
3. Zastavte akýkoľvek relatívny pohyb. To znamená, že ak sa jedna plocha pohybuje relatívne k druhej, zastavíte ju. Doteraz sme sa sústredili na dynamický (alebo „kĺzavé“) trenie - trenie, ktoré vzniká, keď sa dva predmety alebo povrchy navzájom trú. V skutočnosti sa táto forma trenia líši od statický trenie - trenie, ktoré nastane, keď sa objekt začne pohybovať proti inému objektu. Trenie medzi dvoma objektmi je v podstate najväčšie, keď sa začnú pohybovať proti sebe. Akonáhle sú v pohybe, trenie klesá. To je jeden z dôvodov, prečo je ťažké dostať ťažký predmet do pohybu, ako ho udržať.
   • Ak chcete pozorovať rozdiel medzi statickým a dynamickým trením, vyskúšajte nasledujúci jednoduchý experiment: Umiestnite stoličku alebo iný kus nábytku na hladkú podlahu v domácnosti (nie na koberec alebo koberec). Uistite sa, že nábytok nemá na spodnej strane žiadne ochranné „cvočky“ alebo iný druh materiálu, ktorý by uľahčil kĺzanie po podlahe. Vyskúšajte nábytok len dostatočne silno zatlačte, aby sa to začalo hýbať. Mali by ste si všimnúť, že akonáhle sa nábytok začne hýbať, okamžite sa bude oveľa ľahšie tlačiť. Je to tak preto, lebo dynamické trenie medzi nábytkom a podlahou je menšie ako statické trenie.
4. Odstráňte kvapaliny z povrchu. Kvapaliny ako olej, mastnota, vazelína atď. Môžu významne znížiť trenie medzi predmetmi a povrchmi. Je to tak preto, lebo trenie medzi dvoma pevnými látkami je zvyčajne oveľa väčšie ako trenie medzi pevnými látkami a kvapalinou medzi nimi. Ak chcete zvýšiť trenie, môžete z rovnice vytiahnuť všetky možné kvapaliny, trenie spôsobujú iba „suché“ časti.
   • Vyskúšajte nasledujúci jednoduchý experiment, aby ste získali predstavu o tom, do akej miery môžu kvapaliny znižovať trenie: Ak sú studené ruky a chcete ich zahriať, ruky si mädlite. Mali by ste byť schopní okamžite si všimnúť, že sa od trenia otepľujú. Potom si dajte na dlane dostatočné množstvo pleťovej vody a skúste to urobiť znova. Nielenže by malo byť jednoduchšie rýchlo si trieť ruky, ale tiež si všimnete, že sa menej zahrievajú.
5. Odstráňte kolesá alebo nosiče, aby ste vytvorili klzné trenie. Kolesá, nosiče a ďalšie „valivé“ objekty zažívajú špeciálny typ trenia, ktorý sa nazýva valivé trenie. Toto trenie je takmer vždy menšie ako trenie generované kĺzaním rovnakého predmetu po zemi. - To je dôvod, prečo tieto predmety majú tendenciu sa kotúľať a nekĺzať po zemi. Aby ste zvýšili trenie v mechanickom systéme, môžete demontovať kolesá, nosiče atď., Aby sa diely navzájom kĺzali, aby sa nekotúľali.
   • Zvážte napríklad rozdiel medzi ťahaním ťažkej váhy nad vozňom v porovnaní s ekvivalentnou hmotnosťou v kočiari. Vagón má kolesá, takže je ľahšie ho vytiahnuť ako vozík, ktorý sa tiahne po zemi a vytvára veľké klzné trenie.
6. Zvýšte viskozitu. Pevné predmety nie sú jediné, ktoré môžu vytvárať trenie. Kvapalné látky (kvapaliny a plyny ako voda a vzduch) môžu tiež vytvárať trenie. Množstvo trenia, ktoré vytvára kvapalina pri prúdení okolo pevnej látky, závisí od niekoľkých faktorov. Jednou z najjednoduchšie ovládateľných je viskozita - to je to, čo sa bežne nazýva „hrúbka“. Všeobecne platí, že kvapaliny s vysokou viskozitou (ktoré sú „husté“, „lepivé“ atď.) Spôsobia väčšie trenie ako kvapaliny, ktoré sú menej viskózne (tie, ktoré sú „hladké“ a „kvapalné“).
   • Zvážte napríklad rozdiel v úsilí, ktoré budete musieť vynaložiť, keď budete fúkať vodu slamkou oproti fúkaniu medu slamkou. Voda nie je príliš viskózna a bude sa ľahko pohybovať cez slamu. Med je oveľa ťažšie sfúknuť cez slamku. Je to preto, že vysoká viskozita medu vytvára veľký odpor, a teda trenie, keď je fúkaný cez úzku trubicu, napríklad slamku.

Metóda 2 z 2: Zvýšte odpor v kvapaline alebo plyne

1. Zvýšte viskozitu kvapaliny. Médium, ktorým objekt prechádza, vyvíja na objekt silu, ktorá sa ako celok pokúša zrušiť treciu silu na objekt. Čím je kvapalina hustejšia (a teda viskóznejšia), tým pomalšie sa bude predmet cez túto kvapalinu pod vplyvom danej sily pohybovať. Napríklad: mramor padne vzduchom oveľa rýchlejšie ako vodou a vodou rýchlejšie ako sirupom.
   • Viskozitu väčšiny kvapalín možno zvýšiť znížením teploty. Napríklad: mramor padá pomalšie cez studený sirup ako cez sirup pri izbovej teplote.
2. Zväčšite plochu vystavenú vzduchu. Ako je uvedené vyššie, kvapalné látky, ako je voda a vzduch, môžu vytvárať trenie, keď pretekajú okolo pevných látok. Trecia sila, ktorú zažíva predmet pri pohybe kvapalnou látkou, sa nazýva odpor (v závislosti od média sa to nazýva aj „odpor vzduchu“, „odolnosť voči vode“ atď.) Jednou z vlastností odporu je, že predmet s väčším prierezom - to znamená, že objekt s väčším profilom pri pohybe tekutinou má väčší odpor. To dáva tekutine väčší povrch, na ktorý musí tlačiť, čo zvyšuje trenie o objekt, keď sa ním pohybuje.
   • Predpokladajme, že každý kamienok a list papiera vážia jeden gram. Ak necháme obidve spadnúť súčasne, kamienok padne priamo dole, zatiaľ čo list papiera bude pomaly krúžiť dole. To je miesto, kde vidíte odpor vzduchu v akcii - vzduch tlačí proti veľkej, širokej ploche papiera a vytvára tak odpor a papier padá dole oveľa pomalšie ako kamienok, ktorý má pomerne úzky prierez.
3. Vyberte tvar s väčším odporom. Aj keď je prierez objektu dobrý všeobecne je údaj o veľkosti rezistora, v skutočnosti sú výpočty rezistorov oveľa komplikovanejšie. Rôzne tvary sa v tekutinách, ktoré prechádzajú, správajú rôznymi spôsobmi - to znamená, že niektoré tvary (napr. Ploché dosky) sú odolnejšie ako iné (napr. Gule) vyrobené z rovnakého materiálu. Pretože sa miera relatívnej veľkosti odporu vzduchu nazýva aj „koeficient odporu“, hovorí sa, že tvary s veľkým odporom vzduchu majú vyšší koeficient odporu.
   • Zvážte napríklad krídla lietadla. Tvar typického krídla lietadla sa nazýva a profil krídla. Tento hladký, úzky a zaoblený tvar sa ľahko pohybuje vzduchom. Koeficient odporu je veľmi nízky - 0,45. Na druhej strane si viete predstaviť, že krídlo má ostré uhly, má tvar kvádra alebo vyzerá ako hranol. Tieto krídla vytvárajú oveľa väčšie trenie, pretože vytvárajú veľký odpor počas letu. Hranoly majú teda vyšší koeficient odporu ako krídlové profily - asi 1,14.
4. Zjednodušte objekt. Ďalším javom súvisiacim s rôznymi koeficientmi odporu rôznych tvarov je, že objekty s väčšou, hranatejšou „kapotážou“ všeobecne generujú väčší odpor ako iné objekty. Tieto objekty pozostávajú z drsných, priamych línií a zvyčajne sa smerom dozadu nezužujú. Na druhej strane, zjednodušené objekty sú často zaoblenejšie a smerom dozadu sa zužujú - ako telo ryby.
   • Napríklad spôsob dnešného navrhovania priemerného rodinného automobilu v porovnaní s rovnakým typom spred desaťročí. V minulosti boli autá oveľa blokovanejšie a mali oveľa rovnejšie a obdĺžnikové čiary. Dnes je väčšina rodinných automobilov oveľa efektívnejšia a do značnej miery mäkko zaoblená. Robí sa to úmyselne - efektívny tvar znamená, že auto má menší odpor, čo znižuje úsilie motora o pohyb vozidla (a znižuje počet najazdených kilometrov).
5. Používajte materiál, ktorý umožňuje menšie množstvo vzduchu. Niektoré materiály prepúšťajú kvapaliny a plyny. Inými slovami, existujú otvory pre priechod kvapaliny. Takto je zabezpečené, že povrch predmetu, na ktorý kvapalina tlačí, sa zmenší, takže dôjde k menšiemu odporu.Táto vlastnosť zostáva v platnosti, aj keď sú otvory mikroskopické - pokiaľ sú otvory dostatočne veľké, aby umožňovali priechod kvapaliny / vzduchu, odpor sa zníži. Preto sú padáky, ktoré vytvárajú veľký odpor vzduchu a tým znižujú rýchlosť pádu niekoho alebo niečoho, vyrobené z pevného, ​​ľahkého hodvábu alebo nylonu, a nie z bavlnených alebo kávových filtrov.
   • Ak chcete uviesť príklad tejto vlastnosti v praxi, zamyslite sa nad tým, čo sa stane s pingpongovým netopierom, keď v ňom vyvŕtate niekoľko otvorov. Potom je oveľa jednoduchšie rýchlo pohybovať pádlom. Otvory umožňujú priechod vzduchu pri kývaní pádlom, čo výrazne znižuje odpor a umožňuje rýchlejšiemu pohybu pádla.
6. Zvýšte rýchlosť objektu. Napokon, bez ohľadu na tvar objektu alebo na to, ako priepustný je materiál, jeho odpor, s ktorým sa stretne, sa pri rýchlejšom pohybe vždy zvýši. Čím rýchlejšie sa objekt pohybuje, tým viac tekutín sa bude musieť pohybovať, čo následne zvyšuje odpor. Predmety pohybujúce sa veľmi vysokou rýchlosťou môžu mať kvôli veľkému odporu veľmi vysoké trenie, takže tieto objekty tam budú zvyčajne usmernené, inak sa rozpadnú v dôsledku sily odporu.
   • Zvážte Lockheed SR-71 „Blackbird“, experimentálne špionážne lietadlo postavené počas studenej vojny. Blackbird, ktorý dokázal lietať pri rýchlostiach vyšších ako 3,2 mach, narazil na extrémny odpor týchto vysokých rýchlostí aj napriek svojej aerodynamickej konštrukcii - dosť extrémnej na to, aby spôsobil roztiahnutie kovového trupu lietadla v dôsledku tepla generovaného trením zo vzduchu počas letu. .

Varovania

• Extrémne vysoké trenie môže uvoľniť veľa energie vo forme tepla! Napríklad sa naozaj nechcete dotknúť brzdových doštičiek vášho auta hneď potom, ako prudko zabrzdíte brzdy!
• Veľké sily uvoľnené pri pretiahnutí kvapalinou môžu spôsobiť štrukturálne poškodenie tohto objektu. Napríklad ak pri jazde motorovým člnom strčíte do vody plochú stranu tenkého kúska preglejky, je veľká pravdepodobnosť, že bude roztrhané na kúsky.