Коэффициенты трения скольжения для различных случаев
Сила трения скольжения всегда мешает движению, а роль силы трения покоя во многих случаях позитивна. Именно благодаря этой силе возможно передвижение человека, животных и наземного транспорта.
Так, при ходьбе (рис. 6.4, а) человек, напрягая мышцы опорной ноги, отталкивается от земли, стараясь сдвинуть подошву назад. Этому препятствует сила трения покоя направленная в обратную сторону — вперед. Она и сообщает ускорение человеку. Для тренировок спортсменов (космонавтов) применяются специальные дорожки, установленные на подвижных роликах (рис. 6.4, б). В этом случае бегущий человек, отталкивая дорожку, заставляет ее двигаться в обратную сторону. Таким же образом отталкиваются от дороги и колеса автомобиля (рис. 6.4, в).
Сила трения снижает спортивные результаты, поэтому ведутся непрерывные исследования по ее уменьшению. Одним из направлений повышения результатов в лыжном спорте является совершенствование мазей.
Первоначально в качестве мазей для лыж использовались пчелиный воск, смола деревьев, растительные масла. В настоящее время появились новые мази — научно разработанные составы для обработки скользящей поверхности.
Рис. 6.4. Проявления силы трения покоя: а) обычная ходьба, б) бег по дорожке на роликах, в) колесо автомобиля
Сила трения качения
Этот вид трения проявляется при качении и связан не с деформацией зазубрин, а с деформацией дороги (прогиб) и самого колеса (небольшое сплющивание), рис. 6.5.
При качении по мягкому покрытию колесо вдавливается в опору, образуя ямку, через край которой ему все время приходится перекатываться, рис. 6.5, а. Французский физик Ш. Кулон на основе опытов нашел, что сила трения качения (Fкач) пропорциональна силе нормального давления N и обратно пропорциональна радиусу г колеса:
Рис. 6.5. Возникновение силы трения качения при езде на велосипеде
Из формулы видно, что коэффициент трения качения зависит от радиуса колеса и выражается в единицах длины (м или см). Значения коэффициента трения качения для некоторых веществ приведены в табл. 6.2.
При движении по твердому покрытию сила трения качения связана с деформацией самого колеса. С этой силой особенно приходится считаться в вело- и мотоспорте. Ее величина определяется по формуле:
Источник
Коэффициент трения скольжения
Коэффициент трения скольжения (k) – отношение силы трения к силе реакции опоры.
В таблице представлены значения коэффициента трения скольжения различных материалов.
| Материал | k |
|---|---|
| Бронза по бронзе | 0,2 |
| Бронза по стали | 0,18 |
| Дерево по льду | 0,035 |
| Дерево сухое по дереву | 0,25-0,5 |
| Деревянные полозья по снегу и льду | 0,035 |
| Деревянные полозья, обитые железом, по снегу и льду | 0,02 |
| Дуб по дубу вдоль волокон | 0,48 |
| Дуб по дубу поперек волокон одного и вдоль волокон другого | 0,34 |
| Железо по льду | 0,020 |
| Канат пеньковый мокрый по дубу | 0,33 |
| Канат пеньковый сухой по дубу | 0,53 |
| Кожаный ремень влажный по металлу | 0,36 |
| Кожаный ремень влажный по дубу | 0,27-0,38 |
| Кожаный ремень сухой по металлу | 0,56 |
| Кожаный ремень, смазанный жиром, по металлу | 0,23 |
| Колесо со стальным бандажом по стальному рельсу | 0,16 |
| Лед по льду | 0,028 |
| Медь по чугуну | 0,27 |
| Металл влажный по дубу | 0,24-0,26 |
| Металл сухой по дубу | 0,5-0,6 |
| Металл по металлу (кроме пары сталь/сталь) | 0,15-0,20 |
| Металл по металлу при смазке | 0,07-0,10 |
| Подшипник скольжения при смазке | 0,02-0,08 |
| Сталь по железу | 0,19 |
| Сталь по льду (коньки) | 0,02-0,03 |
| Сталь по стали | 0,18 |
| Сталь (или чугун) по феродо и райбесту | 0,25-0,45 |
| Сталь по чугуну | 0,16 |
| Точильный камень по стали | 0,94 |
| Фторопласт по нержавеющей стали | 0,064-0,080 |
| Фторопласт-4 по фторопласту | 0,052-0,086 |
| Чугун по бронзе | 0,21 |
| Чугун по чугуну | 0,16 |
| Шина по влажному асфальту (до аквапланирования) | 0,35-0,45 |
| Шина по сухому асфальту | 0,50-0,75 |
| Шина по влажной грунтовой или гравийной дороге (до аквапланирования) | 0,30-0,40 |
| Шина по твердому грунту | 0,4-0,6 |
| Шина по гладкому льду | 0,15-0,25 |
| Шина по чугуну | 0,83 |
Литература
Источник
Коэффициенты трения покоя и трения качения
Сила трения качения описывается как: Fтр=kтр(Fn/r) , где kтр- коэффициент трения а Fn — прижимающая сила, а r — радиус колеса. Размерность коэффициента трения качения, естественно, [длина]. Ниже приводится таблица полезных диапазонов коэффициентов трения качения для различных пар материалов в см.
Коэффициенты трения скольжения для различных материалов
| Трущиеся поверхности | k |
| Бронза по бронзе | 0,2 |
| Бронза по стали | 0,18 |
| Дерево сухое по дереву | 0,25 — 0,5 |
| Деревянные полозья по снегу и льду | 0,035 |
| то же, но полозья обиты стальной полосой | 0,02 |
| Дуб по дубу вдоль волокон | 0,48 |
| тоже поперек волокон одного тела и вдоль волокон другого | 0,34 |
| Канат пеньковый мокрый по дубу | 0,33 |
| Канат пеньковый сухой по дубу | 0,53 |
| Кожаный ремень влажный по металлу | 0,36 |
| Кожаный ремень влажный по дубу | 0,27 — 0,38 |
| Кожаный ремень сухой по металлу | 0,56 |
| Колесо со стальным бандажом по стальному рельсу | 0,16 |
| Лед по льду | 0,028 |
| Медь по чугуну | 0,27 |
| Металл влажный по дубу | 0,24-0,26 |
| Металл сухой по дубу | 0,5-0,6 |
| Подшипник скольжения при смазке | 0,02-0,08 |
| Резина (шины) по твердому грунту | 0,4-0,6 |
| Резина (шины) по чугуну | 0,83 |
| Смазанный жиром кожаный ремень по металлу | 0,23 |
| Сталь (или чугун) по феродо* и райбесту* | 0,25-0,45 |
| Сталь по железу | 0,19 |
| Сталь по льду (коньки) | 0,02-0,03 |
| Сталь по стали | 0,18 |
| Сталь по чугуну | 0,16 |
| Фторопласт по нержавеющей стали | 0,064-0,080 |
| Фторопласт-4 по фторопласту | 0,052-0,086 |
| Чугун по бронзе | 0,21 |
| Чугун по чугуну | 0,16 |
| Примечание. Звездочкой отмечены материалы, применяемые в тормозных и фрикционных устройствах. | |
Таблица коэффициентов трения покоя (коэффициентов сцепления) для различных пар материалов.
Химически чистые металл по металлу
Сплавы, по стали
Стальные поверхности высокой твердости при смазке:
Неметаллические материалы
Коэффициенты трения качения.
Сила трения качения описывается как:
Fтр=kтр(Fn/r) , где kтр— коэффициент трения а Fn — прижимающая сила, а r — радиус колеса.
Размерность коэффициента трения качения, естественно, [длина].
Ниже приводится таблица полезных диапазонов коэффициентов трения качения для различных пар материалов в см.
| Стальное колесо по стали | 0,001-0,05 |
| Дереянное колесо по дереву | 0,05-0,08 |
| Стальное колесо по дереву | 0,15-0,25 |
| Пневматичекая шина по асфальту | 0,006-0,02 |
| Деревянное колесо по стали | 0,03-0,04 |
| Шарикоподшипник (подшипник качения) | 0,001-0,004 |
| Роликоподшипник (тоже качения) | 0,0025-0,01 |
| Шарик твердой стали по стали | 0,0005-0,001 |
Сила трения скольжения — силы, возникающие между соприкасающимися телами при их относительном движении. Если между телами отсутствует жидкая или газообразная прослойка (смазка), то такое трение называется сухим. В противном случае, трение называется «жидким». Характерной отличительной чертой сухого трения является наличие трения покоя.
Опытным путём установлено, что сила трения зависит от силы давления тел друг на друга (силы реакции опоры), от материалов трущихся поверхностей, от скорости относительного движения и не зависит от площади соприкосновения. (Это можно объяснить тем, что никакое тело не является абсолютно ровным. Поэтому истинная площадь соприкосновения гораздо меньше наблюдаемой. Кроме того, увеличивая площадь, мы уменьшаем удельное давление тел друг на друга.) Величина, характеризующая трущиеся поверхности, называется коэффициентом трения, и обозначается чаще всего латинской буквой «k» или греческой буквой «μ». Она зависит от природы и качества обработки трущихся поверхностей. Кроме того, коэффициент трения зависит от скорости. Впрочем, чаще всего эта зависимость выражена слабо, и если большая точность измерений не требуется, то «k» можно считать постоянным.
В первом приближении величина силы трения скольжения может быть рассчитана по формуле:
— сила нормальной реакции опоры.
По физике взаимодействия трение принято разделять на:
- Сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазками — очень редко встречающийся на практике случай. Характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя.
- Сухое с сухой смазкой (графитовым порошком)
- Жидкостное, при взаимодействии тел, разделённых слоем жидкости или газа (смазки) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость;
- Смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;
- Граничное, когда в области контакта могут содержатся слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и т. д.) — наиболее распространённый случай при трении скольжения.
В связи со сложностью физико-химических процессов, протекающих в зоне фрикционного взаимодействия, процессы трения принципиально не поддаются описанию с помощью методов классической механики.
При механических процессах всегда происходит в большей или меньшей степени преобразование механического движения в другие формы движения материи (чаще всего в тепловую форму движения). В последнем случае взаимодействия между телами носят названия сил трения.
Опыты с движением различных соприкасающихся тел (твёрдых по твёрдым, твёрдых в жидкости или газе, жидких в газе и т. п.) с различным состоянием поверхностей соприкосновения показывают, что силы трения проявляются при относительном перемещении соприкасающихся тел и направлены против вектора относительной скорости тангенциально к поверхности соприкосновения. При этом всегда происходит нагревание взаимодействующих тел.
Силами трения называются тангенциальные взаимодействия между соприкасающимися телами, возникающие при их относительном перемещении. Силы трения возникающие при относительном перемещении различных тел, называются силами внешнего трения.
Силы трения возникают и при относительном перемещении частей одного и того же тела. Трение между слоями одного и того же тела называется внутренним трением.
В реальных движениях всегда возникают силы трения большей или меньшей величины. Поэтому при составлении уравнений движения, строго говоря, мы должны в число действующих на тело сил всегда вводить силу трения F тр.
Тело движется равномерно и прямолинейно, когда внешняя сила уравновешивает возникающую при движении силу трения.
Для измерения силы трения, действующей на тело, достаточно измерить силу, которую необходимо приложить к телу, чтобы оно двигалось без ускорения.
Источник
Коэффициент трения скольжения
Коэффициент трения – величина, характеризующая трущиеся поверхности. Обозначается чаще всего латинской буквой k или греческой буквой μ. Она зависит от природы и качества обработки трущихся поверхностей. Кроме того, коэффициент трения зависит от скорости. Впрочем, чаще всего эта зависимость выражена слабо, и если большая точность измерений не требуется, то «k» можно считать постоянным.
| Материал | k |
|---|---|
| Бронза по бронзе | 0,2 |
| Бронза по стали | 0,18 |
| Дерево по льду | 0,035 |
| Дерево сухое по дереву | 0,25-0,5 |
| Деревянные полозья по снегу и льду | 0,035 |
| Деревянные полозья, обитые железом, по снегу и льду | 0,02 |
| Дуб по дубу вдоль волокон | 0,48 |
| Дуб по дубу поперек волокон одного и вдоль волокон другого | 0,34 |
| Железо по льду | 0,020 |
| Канат пеньковый мокрый по дубу | 0,33 |
| Канат пеньковый сухой по дубу | 0,53 |
| Кожаный ремень влажный по металлу | 0,36 |
| Кожаный ремень влажный по дубу | 0,27-0,38 |
| Кожаный ремень сухой по металлу | 0,56 |
| Кожаный ремень, смазанный жиром, по металлу | 0,23 |
| Колесо со стальным бандажом по стальному рельсу | 0,16 |
| Лед по льду | 0,028 |
| Медь по чугуну | 0,27 |
| Металл влажный по дубу | 0,24-0,26 |
| Металл сухой по дубу | 0,5-0,6 |
| Металл по металлу (кроме пары сталь/сталь) | 0,15-0,20 |
| Металл по металлу при смазке | 0,07-0,10 |
| Подшипник скольжения при смазке | 0,02-0,08 |
| Сталь по железу | 0,19 |
| Сталь по льду (коньки) | 0,02-0,03 |
| Сталь по стали | 0,18 |
| Сталь (или чугун) по феродо и райбесту | 0,25-0,45 |
| Сталь по чугуну | 0,16 |
| Точильный камень по стали | 0,94 |
| Фторопласт по нержавеющей стали | 0,064-0,080 |
| Фторопласт-4 по фторопласту | 0,052-0,086 |
| Чугун по бронзе | 0,21 |
| Чугун по чугуну | 0,16 |
| Шина по влажному асфальту (до аквапланирования) | 0,35-0,45 |
| Шина по сухому асфальту | 0,50-0,75 |
| Шина по влажной грунтовой или гравийной дороге (до аквапланирования) | 0,30-0,40 |
| Шина по твердому грунту | 0,4-0,6 |
| Шина по гладкому льду | 0,15-0,25 |
| Шина по чугуну | 0,83 |
Литература
Источник