Трение, его виды. Трение скольжения и трение качения. Сила и коэффициент трения. Борьба с износом трущихся деталей

материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович

Трение (фрикционное взаимодействие) — процесс взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде.

Изучением процессов трения занимается раздел физики, который называется трибология (механика фрикционного взаимодействия).

Трение принято разделять на:

• сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями / смазками (в том числе и твёрдыми смазочными материалами) — очень редко встречающийся на практике случай; характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя;
• граничное, когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и так далее) — наиболее распространённый случай при трении скольжения;
• жидкостное (вязкое), возникающее при взаимодействии тел, разделённых слоем твёрдого тела (порошком графита), жидкости или газа (смазки) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость, величина вязкого трения характеризуется вязкостью среды;
• смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;
• эластогидродинамическое (вязкоупругое), когда решающее значение имеет внутреннее трение в смазывающем материале. Возникает при увеличении относительных скоростей перемещения.

Сила трения – это сила, возникающая в месте соприкосновения тел и препятствующая их относительному движению.

Причины возникновения силы трения:

• шероховатость соприкасающихся поверхностей;
• взаимное притяжение молекул этих поверхностей.

Трение скольжения — сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих / взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения.

Трение качения — момент сил, возникающий при качении одного из двух контактирующих / взаимодействующих тел относительно другого.

Трение покоя — сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга.

Сила трения прямо пропорциональна силе нормальной реакции, то есть зависит от того, насколько сильно тела прижаты друг к другу и от их материала, поэтому основной характеристикой трения является коэффициент трения, который определяется материалами, из которых изготовлены поверхности взаимодействующих тел. [1]

Износ — изменение размеров, формы, массы или состояния поверхности изделия вследствие разрушения (изнашивания) поверхностного слоя при трении. [2]

Работа любой машины неизбежно сопровождается трением при относительном движении её частей, поэтому полностью устранить износ невозможно. Величина износа при непосредственном контакте поверхностей прямо пропорциональна работе сил трения.

Абразивный износ частично вызывается действием пыли и грязи, поэтому очень важно содержать оборудование в чистоте, особенно её трущиеся части.

Для борьбы с износом и трением заменяют одни металлы другими, более устойчивыми, применяют термическую и химическую обработку трущихся поверхностей, точную механическую обработку, а также заменяют металлы различными заменителями, изменяют конструкцию, улучшают смазку (изменяют вид, вводят присадки) и т.

д.

В машинах стремятся не допускать непосредственного трения скольжения твёрдых поверхностей, для чего или разделяют их слоем смазки (жидкостное трение), или же вводят между ними добавочные элементы качения (шариковые и роликовые подшипники).

Основное правило конструирования трущихся деталей машин состоит в том, что более дорогой и трудно заменяемый элемент трущейся пары (вал) изготовляют из более твёрдого и более износоустойчивого материала (твёрдая сталь), а более простые, дешёвые и легко заменяемые части (вкладыши подшипников) изготовляют из сравнительно мягкого материала с небольшим коэффициентом трения (бронза, баббит).

Большинство деталей машин выходят из строя именно вследствие износа, поэтому уменьшение трения и износа даже на 5-10% даёт огромную экономию, что имеет исключительное значение. [3]

Перечень ссылок

1. Трение // Википедия. — http://ru.wikipedia.org/wiki/Трение.
2. Износ (техника) // Википедия. — http://ru.wikipedia.org/wiki/Износ_(техника).
3. Трение в машинах, трение и износ в машиностроении // Проект-Технарь. Прогрессивные авто-технологии. — http://www.studiplom.ru/Technology/Trenie.html.

Вопросы для контроля

1. Что такое трение?
2. Какие существуют разновидности трения?
3. Что приводит к возникновению силы трения?
4. Как классифицируют трение в зависимости от действующих сил?
5. Что такое износ и как с ним борются?

5 2 голоса

Рейтинг статьи

Что такое трение? | Знание – свет

(Изображение предоставлено: Getty Images)

Трение – это сопротивление движению одного тела относительно другого. Согласно журналу International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems, оно не рассматривается как фундаментальная сила, такая как гравитация или электромагнетизм. Вместо этого ученые считают, что это результат электромагнитного притяжения между заряженными частицами на двух соприкасающихся поверхностях. (1)

Согласно книге «Механика грунтов», ученые начали собирать воедино законы, управляющие трением, в 1400-х годах, но поскольку взаимодействия настолько сложны, характеристика силы трения в различных ситуациях обычно требует экспериментов и не может быть получена только из уравнений или законов. (2)

На каждое общее правило о трении есть столько же исключений. Например, в то время как две шероховатые поверхности (например, наждачная бумага), трущиеся друг о друга, иногда имеют большее трение, очень гладко отполированные материалы (например, стеклянные пластины), которые были тщательно очищены от всех поверхностных частиц, могут на самом деле очень сильно прилипать друг к другу. (3)

Виды трения

Согласно журналу The Physics Teacher, существует два основных вида трения: статическое и кинетическое. Статическое трение действует между двумя поверхностями, которые не движутся друг относительно друга, а кинетическое трение действует между движущимися объектами. (4)

В жидкостях трение – это сопротивление между движущимися слоями жидкости, которое также известно как вязкость. В целом, согласно журналу Dysphagia, более вязкие жидкости гуще, поэтому мёд имеет большее жидкостное трение, чем вода. (5)

Атомы внутри твердого материала также могут испытывать трение. Например, если твердый блок металла сжимается, все атомы внутри материала движутся, создавая внутреннее трение.

По данным Американского физического общества, в природе не существует сред, полностью лишенных трения: даже в глубоком космосе мельчайшие частицы материи могут взаимодействовать, вызывая трение. (6)

Трение атомов может быть создано между слоями атомов. (Изображение предоставлено: Kronber1)

Коэффициент трения

Согласно журналу Physical Review Letters, два твердых объекта, движущиеся друг против друга, испытывают кинетическое трение. В этом случае трение представляет собой некоторую долю перпендикулярной силы, действующей между двумя телами (доля определяется числом, называемым коэффициентом трения, который определяется экспериментально). В общем, сила не зависит от площади контакта и не зависит от того, насколько быстро движутся два объекта. (7)

Трение действует и в неподвижных объектах. По данным журнала Wear, статическое трение препятствует движению объектов и, как правило, выше, чем сила трения, испытываемая теми же двумя объектами, когда они движутся друг относительно друга. Статическое трение – это то, что удерживает коробку на наклонной поверхности от соскальзывания вниз. (8)

Роль трения

Трение играет важную роль во многих повседневных процессах. Например, по данным Американского химического общества, когда два объекта трутся друг о друга, трение приводит к тому, что часть энергии движения преобразуется в тепло. Вот почему трение двух палочек друг о друга в конечном итоге вызовет огонь. (9)

Трение также является причиной износа шестерен велосипеда и других механических частей. Вот почему смазочные материалы или жидкости часто используются для уменьшения трения – и износа – между движущимися частями. (10)

Live Science

Михаил Сюняев

Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».

Что такое трение? | Live Science

Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

(Изображение предоставлено: Getty Images)

Трение – это сопротивление движению одного объекта, движущегося относительно другого. Согласно International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems

, она не рассматривается как фундаментальная сила, как гравитация или электромагнетизм . Вместо этого ученые считают, что это результат электромагнитного притяжения между заряженными частицами на двух соприкасающихся поверхностях.

Ученые начали собирать воедино законы, управляющие трением, в 1400-х годах, согласно книге Механика грунтов (открывается в новой вкладке), но поскольку взаимодействия настолько сложны, определение силы трения в различных ситуациях обычно требует экспериментов и может нельзя вывести только из уравнений или законов.

На каждое общее правило о трении есть столько же исключений. Например, в то время как две шероховатые поверхности (например, наждачная бумага), трущиеся друг о друга, иногда имеют большее трение, очень гладко отполированные материалы (например, стеклянные пластины), которые были тщательно очищены от всех поверхностных частиц, могут на самом деле очень сильно прилипать друг к другу. согласно Королевское общество (открывается в новой вкладке).

Виды трения

Существует два основных вида трения: статическое и кинетическое , согласно журналу Учитель физики (открывается в новой вкладке). Статическое трение действует между двумя поверхностями, которые не движутся друг относительно друга, а кинетическое трение действует между движущимися объектами.

В жидкостях трение представляет собой сопротивление между движущимися слоями жидкости, которое также известно как вязкость. Как правило, более вязкие жидкости гуще, согласно журналу 9. 0005 Дисфагия , поэтому мед имеет более жидкое трение, чем вода.

атомов внутри твердого материала также могут испытывать трение. Например, если твердый блок металла сжимается, все атомы внутри материала движутся, создавая внутреннее трение.

В природе не бывает сред, полностью лишенных трения, по данным Американского физического общества : даже в глубоком космосе мельчайшие частицы материи могут взаимодействовать, вызывая трение.

Атомное трение может создаваться между слоями атомов. (Изображение предоставлено: Kronber1)

Коэффициент трения

Два твердых объекта, движущихся друг против друга, испытывают кинетическое трение, согласно журналу Physical Review Letters (открывается в новой вкладке). В этом случае трение представляет собой некоторую долю перпендикулярной силы, действующей между двумя телами (доля определяется числом, называемым коэффициентом трения, который определяется экспериментально). В общем, сила не зависит от площади контакта и не зависит от того, насколько быстро движутся два объекта.

Трение действует и на неподвижные объекты. Согласно журналу Wear (открывается в новой вкладке), статическое трение препятствует движению объектов и, как правило, превышает силу трения, испытываемую теми же двумя объектами, когда они движутся друг относительно друга. Статическое трение — это то, что удерживает коробку на наклонной поверхности от соскальзывания вниз.

Применение трения

Трение играет важную роль во многих повседневных процессах. Например, когда два тела трутся друг о друга, трение приводит к тому, что часть энергии движения превращается в тепло в соответствии с 9.0005 Американское химическое общество (открывается в новой вкладке). Вот почему трение двух палочек друг о друга в конечном итоге вызовет пожар.

Трение также является причиной износа шестерен велосипеда и других механических частей. Вот почему смазочные материалы или жидкости часто используются для уменьшения трения и износа между движущимися частями, согласно Journal of Mechanical Design .

Дополнительные ресурсы

Подробнее о том, как работает трение в космосе, можно узнать из астронавт Пол Ричардс (открывается в новой вкладке). Кроме того, вы можете узнать больше о различных типах трения в этой статье из World Atlas (откроется в новой вкладке).

Библиография

«Логические и информационные аспекты в науке о поверхности: трение, капиллярность и супергидрофобность». Международный журнал параллельных, возникающих и распределенных систем. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/17445760.2017.1419350

(откроется в новой вкладке)

Ламбе Т.В. и Уитмен Р.В. «Механика грунтов» Том. 10 (1991). Джон Уайли и сыновья. https://books.google.co.uk/books?id=oRLcDwAAQBAJ&pg=PA62&lpg=PA62&dq=laws+of+friction+1400s&source=bl&ots=rKx9ZWwiml&sig=ACfU3U0PBzqILMCPr29_W7mr_HhZt8qqhQ&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwi8i6Of-u31AhWXi1wKHeLaAssQ6AF6BAgsEAM#v=onepage&q=laws %20of%20friction%201400s&f=false

«Влияние шероховатости поверхности на адгезию упругих тел». Труды Королевского общества А (1975). https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1975.0138

(открывается в новой вкладке)

«Влияние температуры поверхности на кинетическое трение». Учитель физики (2005). https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1869429 (открывается в новой вкладке)

«Измерение температуры и вязкости подачи нектаро- и медово-густых жидкостей». Дисфагия (2008). https://link.springer.com/article/10.1007/s00455-007-9098-z (открывается в новой вкладке)

«Фотоны — это помеха». Американское физическое общество (2003 г.). https://physics.aps.org/story/v12/st22 (открывается в новой вкладке)

«Природа механических неустойчивостей и их влияние на кинетическое трение». Письма с физическим обзором (2002 г.). https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.89.224301

«О природе статического трения, кинетического трения и ползучести». Одежда (2003). https://www.sciencedirect. com/science/article/abs/pii/S0043164803002345 (открывается в новой вкладке)

«Влияние потерь на трение на эффективность цепного привода велосипеда». Журнал механического дизайна (2001). https://asmedigitalcollection.asme.org/mechanicaldesign/article-abstract/123/4/598/445688/Effects-of-Frictional-Loss-on-Bicycle-Chain-Drive (открывается в новой вкладке)

Тиа — главный редактор, а ранее — старший писатель журнала Live Science. Ее работы публиковались в журналах Scientific American, Wired.com и других изданиях. Она имеет степень магистра биоинженерии Вашингтонского университета, диплом о высшем образовании в области научного письма Калифорнийского университета в Санта-Круз и степень бакалавра машиностроения Техасского университета в Остине. Тиа была частью команды журнала Milwaukee Journal Sentinel, которая опубликовала серию «Пустые колыбели» о преждевременных родах, получившую множество наград, в том числе медаль Кейси 2012 года за заслуги перед журналистикой.

Что такое трение? | Live Science

Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

(Изображение предоставлено: Getty Images)

Трение – это сопротивление движению одного объекта, движущегося относительно другого. Согласно International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems , она не рассматривается как фундаментальная сила, как гравитация или электромагнетизм . Вместо этого ученые считают, что это результат электромагнитного притяжения между заряженными частицами на двух соприкасающихся поверхностях.

Ученые начали собирать воедино законы, управляющие трением, в 1400-х годах, согласно книге Механика грунтов (открывается в новой вкладке), но поскольку взаимодействия настолько сложны, характеристика силы трения в различных ситуациях обычно требует экспериментов и может нельзя вывести только из уравнений или законов.

На каждое общее правило о трении есть столько же исключений. Например, в то время как две шероховатые поверхности (например, наждачная бумага), трущиеся друг о друга, иногда имеют большее трение, очень гладко отполированные материалы (например, стеклянные пластины), которые были тщательно очищены от всех поверхностных частиц, могут на самом деле очень сильно прилипать друг к другу. согласно Королевское общество (открывается в новой вкладке).

Виды трения

Существует два основных вида трения: статическое и кинетическое , согласно журналу Учитель физики (открывается в новой вкладке). Статическое трение действует между двумя поверхностями, которые не движутся друг относительно друга, а кинетическое трение действует между движущимися объектами.

В жидкостях трение представляет собой сопротивление между движущимися слоями жидкости, которое также известно как вязкость. Как правило, более вязкие жидкости гуще, согласно журналу 9. 0005 Дисфагия , поэтому мед имеет более жидкое трение, чем вода.

атомов внутри твердого материала также могут испытывать трение. Например, если твердый блок металла сжимается, все атомы внутри материала движутся, создавая внутреннее трение.

В природе не бывает сред, полностью лишенных трения, по данным Американского физического общества : даже в глубоком космосе мельчайшие частицы материи могут взаимодействовать, вызывая трение.

Атомное трение может создаваться между слоями атомов. (Изображение предоставлено: Kronber1)

Коэффициент трения

Два твердых объекта, движущихся друг против друга, испытывают кинетическое трение, согласно журналу Physical Review Letters (открывается в новой вкладке). В этом случае трение представляет собой некоторую долю перпендикулярной силы, действующей между двумя телами (доля определяется числом, называемым коэффициентом трения, который определяется экспериментально). В общем, сила не зависит от площади контакта и не зависит от того, насколько быстро движутся два объекта.

Трение действует и на неподвижные объекты. Согласно журналу Wear (открывается в новой вкладке), статическое трение препятствует движению объектов и, как правило, превышает силу трения, испытываемую теми же двумя объектами, когда они движутся друг относительно друга. Статическое трение — это то, что удерживает коробку на наклонной поверхности от соскальзывания вниз.

Применение трения

Трение играет важную роль во многих повседневных процессах. Например, когда два тела трутся друг о друга, трение приводит к тому, что часть энергии движения превращается в тепло в соответствии с 9.0005 Американское химическое общество (открывается в новой вкладке). Вот почему трение двух палочек друг о друга в конечном итоге вызовет пожар.

Трение также является причиной износа шестерен велосипеда и других механических частей. Вот почему смазочные материалы или жидкости часто используются для уменьшения трения и износа между движущимися частями, согласно Journal of Mechanical Design .

Дополнительные ресурсы

Подробнее о том, как работает трение в космосе, можно узнать из астронавт Пол Ричардс (открывается в новой вкладке). Кроме того, вы можете узнать больше о различных типах трения в этой статье из World Atlas (откроется в новой вкладке).

Библиография

«Логические и информационные аспекты в науке о поверхности: трение, капиллярность и супергидрофобность». Международный журнал параллельных, возникающих и распределенных систем. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/17445760.2017.1419350 (откроется в новой вкладке)

Ламбе Т.В. и Уитмен Р.В. «Механика грунтов» Том. 10 (1991). Джон Уайли и сыновья. https://books.google.co.uk/books?id=oRLcDwAAQBAJ&pg=PA62&lpg=PA62&dq=laws+of+friction+1400s&source=bl&ots=rKx9ZWwiml&sig=ACfU3U0PBzqILMCPr29_W7mr_HhZt8qqhQ&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwi8i6Of-u31AhWXi1wKHeLaAssQ6AF6BAgsEAM#v=onepage&q=laws %20of%20friction%201400s&f=false

«Влияние шероховатости поверхности на адгезию упругих тел». Труды Королевского общества А (1975). https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1975.0138 (открывается в новой вкладке)

«Влияние температуры поверхности на кинетическое трение». Учитель физики (2005). https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1869429 (открывается в новой вкладке)

«Измерение температуры и вязкости подачи нектаро- и медово-густых жидкостей». Дисфагия (2008). https://link.springer.com/article/10.1007/s00455-007-9098-z (открывается в новой вкладке)

«Фотоны — это помеха». Американское физическое общество (2003 г.). https://physics.aps.org/story/v12/st22 (открывается в новой вкладке)

«Природа механических неустойчивостей и их влияние на кинетическое трение». Письма с физическим обзором (2002 г.). https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.89.224301

«О природе статического трения, кинетического трения и ползучести». Одежда (2003). https://www.sciencedirect. com/science/article/abs/pii/S0043164803002345 (открывается в новой вкладке)

«Влияние потерь на трение на эффективность цепного привода велосипеда». Журнал механического дизайна (2001). https://asmedigitalcollection.asme.org/mechanicaldesign/article-abstract/123/4/598/445688/Effects-of-Frictional-Loss-on-Bicycle-Chain-Drive (открывается в новой вкладке)

Тиа — главный редактор, а ранее — старший писатель журнала Live Science. Ее работы публиковались в журналах Scientific American, Wired.com и других изданиях. Она имеет степень магистра биоинженерии Вашингтонского университета, диплом о высшем образовании в области научного письма Калифорнийского университета в Санта-Круз и степень бакалавра машиностроения Техасского университета в Остине. Тиа была частью команды журнала Milwaukee Journal Sentinel, которая опубликовала серию «Пустые колыбели» о преждевременных родах, получившую множество наград, в том числе медаль Кейси 2012 года за заслуги перед журналистикой.