Site Loader

Содержание

Урок 10. силы трения — Физика — 10 класс

Великий итальянский художник и изобретатель эпохи Возрождения во многом опережал своё время и сделал множество открытий, о которых люди той эпохи даже не предполагали. Учёные, проведя тщательный анализ рукописей Леонардо, пришли к выводу, что именно ему принадлежит первая формулировка законов трения. Заметки показывают, что ещё в 1493 г. (за 200 лет до открытия закона Г. Амонтоном и Ш. Кулоном) Леонардо да Винчи понял, что сила трения, которая появляется при контакте одного тела с поверхностью другого, напрямую зависит от нагрузки (силы прижатия), не зависит от площади взаимодействия и направлена в противоположную от движения сторону.

Закон трения был заново открыт Г. Амонтоном. В 1699 г. он экспериментально вывел зависимость силы трения от нормального давления на площадь контакта трущихся поверхностей: $F_{тр} = f_{тр}P$. Однако, Амонтон считал, что коэффициент трения $f_{тр}$ равен примерно 1/3 для всех пар контактирующих тел.

В 1785 г. Ш. Кулон подтвердил закон трения, сформулированный Амонтоном, и дал ему обобщённую формулировку: $F_{тр} = f_{тр}P+A$, где $A$ – характеристика, зависящая от неровностей поверхностей, связанная с межмолекулярным сцеплением.

Кулон изучал именно силу трения при небольших скоростях контактирующих тел и установил, что эта сила не зависит от величины скорости, а только от направления движения – сила трения всегда направлена против движения.

Смазку трущихся поверхностей использовали с момента зарождения техники. Но только в 1886 г. О. Рейнольдс создал первую теорию смазки. Если смазки достаточно и непосредственного контакта между двумя поверхностями не происходит, сила трения определяется только свойствами смазки. Если же смазки не достаточно, то сила трения зависит от трёх составляющих: кулоновой силы, силы вязкого сопротивления и силы, препятствующей страгиванию с места.

В XX веке было доказано, что сила статистического трения отличается от силы трения при движении. В 1902 г. немецкий учёный Штрибек показал, что при сухом трении, когда смазка отсутствует, сила сопротивления не снижается сразу с величины силы трогания до уровня кулоновой силы, а падает постепенно по мере роста скорости. Это явление было названо штрибек-эффектом.

В 1930-е годы появилась целая наука – трибология, лежащая на стыке механики, физики поверхностных явлений и химии. 

Сопротивление качению

Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)
Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1]
54627 2

Сопротивление качению зависит от массы автомобиля и коэффициента трения качения. Масса автомобиля при этом оказывает первостепенное влияние на величину сопротивления качению. Большая масса проявляется неблагоприятно в любом случае, если мы стремимся к экономии энергии, то уменьшение массы автомобиля является одной из первостепенных задач.

Масса проявляется в виде силы, прижимающей автомобиль к земле. Передвижению препятствует сила, которая зависит от коэффициента трения качения между автомобилем и поверхностью дороги. Здесь имеется возможность экономить определенную энергию. Сила сопротивления качению автомобиля P

f рассчитывается по формуле

Pf = Q·f,

где Q – нормальная нагрузка; f – коэффициент трения качения.

Коэффициент сопротивления качению

Ниже приведены значения коэффициента f, которые действительны для качения шины колеса по поверхности дороги с различным покрытием и для других движителей:

Значения коэффициента трения качения f для различных движителей
ПокрытиеЗначение f
Колесо с шиной
Асфальтобетон0,01
Бетон, мелкая брусчатка0,015
Гравийное укатанное с дёгтевой пропиткой0,02
Щебёночное0,025
Грунтовое укатанное0,05
Грунтовое размокшее0,1
Пахота0,15-0,35
Гусеничный движитель
Пахота0,07-0,15
Укатанный снег0,15
Рыхлый снег0,3
Стальное колесо на рельсе0,001-0,002
Примечание. Значения первых семи коэффициентов зависят также от давления в шине и ее типа, о чем будет сказано ниже.

В приближенных расчетах можно допускать, что коэффициент сопротивления качению с изменением скорости автомобиля не меняется. Наименьшее сопротивление качению имеет стальное колесо на рельсе, наибольшее – гусеничный движитель на рыхлом снегу.

Чем меньше деформация поверхности, тем меньше сопротивление качению.

Сопротивление качению на неровной дороге

При движении по неровной дороге сопротивление качению зависит от жесткости амортизирующего элемента.

Наезд колеса на препятствие

Если на поверхности дороги возникает препятствие высотой h (см. рис. слева) и автомобиль наезжает на него с малой скоростью, то он может остановиться. На рисунке масса автомобиля представлена грузом М, прикрепленным к оси колеса через пружину F. Предположим, что масса М жестко соединена с осью. В этом случае для преодоления препятствия необходима такая вертикальная сила V, которая способна поднять массу М на высоту h. Эта сила может обеспечиваться, например, кинетической энергией автомобиля при движении. Чтобы автомобиль мог продолжать движение, необходимо, чтобы его кинетическая энергия была большей, чем требуется для поднятия автомобиля на высоту h. Необходимая величина вертикальной силы зависит от угла наезда α и рассчитывается по формуле

V = H·tgα.

Время подъема определяется скоростью автомобиля, а форма препятствия определяет процесс изменения скорости и ускорения. На вершине твердого препятствия скорость массы М не будет равна нулю, и колесо отскочит от препятствия. Однако гравитационная сила остановит массу М и вернет ее на землю путем свободного падения. Энергия горизонтальной силы Н будет затрачена на перемещение колеса на высоту препятствия, но при отскоке колеса эта сила уже не действует и, следовательно, не влияет на увеличение сопротивления качению автомобиля [2].

Если масса М опирается на пружину F и колесо снабжено упругой шиной, то исчезает необходимость подъема колеса и массы М на высоту препятствия h. При благоприятном отношении неподрессоренной массы колеса и подвески к подрессоренной массе М колесо не отскочит от препятствия, и часть энергии, аккумулированная в сжатой пружине и шине, после преодоления препятствия вернется и передвинет автомобиль вперед. Однако значительная часть энергии за счет внутреннего трения в амортизирующих элементах потеряется, превратившись в теплоту. Достаточно мягкая подвеска колес может уменьшить потери энергии при переезде через неровность.

Сопротивление качению на деформируемом покрытии

На дороге с хорошим покрытием действует правило: жесткое колесо на твердом, малодеформируемом покрытии обеспечивает наименьшие потери, обусловленные сопротивлением качению

. Если неровности имеют большой размер, то увеличение жесткости колеса и амортизирующих элементов вызывает рост сопротивления качению. В этом случае выгодным является использование мягкой шины больших размеров и нежестких амортизаторов. Шина больших размеров с мягкой боковой поверхностью и низким давлением сама амортизирует мелкие неровности, так что и неподрессоренная масса будет испытывать колебания весьма малой амплитуды, которые хорошо гасятся мягкой подвеской. Небольшое давление в шине увеличивает площадь ее контакта с поверхностью дороги, что уменьшает глубину погружения колеса в мягкое покрытие и соответственно образует колею меньшей глубины.

Коэффициент трения качения жёсткого колеса на деформируемом покрытии имеет иной характер, чем на твердой поверхности, и определяется по формуле

где h – глубина погружения колеса в покрытие, мм; D – диаметр колеса, мм.

В этом случае давление воздуха в шине может влиять противоположно тому, как это имеет место на твердом покрытии, поскольку из-за малого погружения колеса в покрытие при низком давлении в шине коэффициент сопротивления качению будет меньше, чем при высоком. После того как автомобиль с такими шинами выйдет с бездорожья на шоссе, в них необходимо увеличить давление, иначе боковые поверхности шин при большом прогибе будут сильно разогреваться. На некоторых автомобилях используется специальное оборудование, позволяющее изменять давление в шинах, не прекращая движения.

Последнее обновление 02.03.2012
Опубликовано 05.03.2011

Читайте также

Сноски

  1. ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. — М.: Машиностроение, 1987. — 320 с.: ил.//Стр. 16 — 18 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru
  2. ↺ При последующем контакте колеса с дорогой энергия сопротивления качению проявится в виде части энергии, поглощенной шиной при ударе колеса о поверхность дороги. –
    Прим. ред. А.Р. Бенедиктова

Комментарии

Характеристики плитки для пола. Коэффициент трения.

Главная– Мир без травм – На плитке и керамограните

При выборе напольной керамической плитки мы чаще всего подходим к этому с эстетической стороны и ее ценовой категории. Необходимо обращать внимание и на технические характеристики напольной плитки.

К ним относятся такие параметры:

  • изностойкость плитки
  • водопоголощение
  • морозостойкость для уличной плитки и др.

Мы расскажем об одном из важнейших эксплуатационных показателей, который определяет безопасность движения по поверхности, отделанной керамической плиткой – это коэффициент трения плитки.

К нему предъявляются очень жесткие требования, т.к. от него зависит безопасность человека. В стандарте Евросоюза EN ISO 10545 описаны основные методы испытаний керамической плитки и различные методы для определения коэффициента трения.

Методы измерения коэффициента трения.

 

 Метод А (Англия)

этот метод используется в Англии (BCR– Tortus). При этом измеряется коэффициент динамического трения с использованием переносного подвижного оборудования. Этот прибор снабжен электродвигателем, который позволяет ему перемещаться с постоянной скоростью по испытуемой поверхности напольной плитки. Коэффициент динамического трения (как средний, так и точный) определяется при любом состоянии поверхности (сухая, влажная от воды и т. д.). Этот метод используется как в лабораторных, так и в реальных условиях.

измерение коэффициента трения

 

Метод В (США)

этот метод используется в США (ASTM C1028), и позволяет производить измерение коэффициента статического трения при помощи оборудования. Оборудование снабжено динамометром, для определения максимальной горизонтальной силы, необходимой для начала движения, между скользящим телом (покрытым стандартизированной резиной 4S и нагруженным рассчитанным весом) и поверхностью плитки, находящейся как в сухом, так и во влажном состоянии. Данный метод также может применяться как в лабораторных, так и в реальных условиях.

измерение скольжения

 

Метод С (Германия)

данный метод используется на основе немецкого стандарта DIN 51130 и состоит в следующем. Человек прохаживается по помосту, облицованному керамической плиткой. Наклон испытательного участка увеличивается с постоянной скоростью до достижения угла, при котором человек начинает проявлять неуверенность при ходьбе, то есть начинает скользить. В этот момент проведение испытания прерывается, и регистрируется угол наклона помоста. Напоминаем, что в этом случае коэффициент трения равен геометрическому тангенсу зафиксированного угла. Это измерение проводится только в лабораторных условиях.

измерение на стенде

 

Метод D (Евросоюз)

данный метод проводится с использованием маятника, к рычагу которого подсоединяется скользящее тело, покрытое стандартизированной резиной (4S). Проводится измерение потребляемой энергии в момент, когда после раскачивания маятника скользящий элемент приходит в соприкосновение с испытуемой поверхностью (сухой или смоченной водой). Данный метод может проводиться только в лабораторных условиях.

Маятниковый метод измерения

Скольжения.NET

В нашей стране вопросам безопасности напольных покрытий уделяется недостаточное внимание. Поэтому широкое распространение у производителей плитки РФ для измерения сопротивления скольжения (коэффициента трения) получил немецкий стандарт (DIN): результат испытания выражается в размере угла наклона пола для обеспечения скольжения предмета.

таблица DIN

Применение и использование противоскользящего состава «Скольжения.NET» позволит забыть Вам о скользкой плитке надолго и получить необходимые параметры безопасности керамической плитки и керамогранита.

Рекомендуем к прочтению:

 

 

Коэффициент трения — О трибологии

Что такое коэффициент трения?

Трение — это сила сопротивления относительному движению, которая может возникать на границе раздела тел, а также может возникать внутри тел. Понятие коэффициента трения было впервые сформулировано Леонардо да Винчи и определяется в соответствии со следующим уравнением:

(1)  

где – сила трения, а – приложенная нормальная нагрузка. Величина коэффициента трения определяется свойствами поверхностей, окружающей средой, особенностями поверхности, наличием смазки и т. д.

Обычно различают два вида коэффициентов трения: статический и динамический. Статический коэффициент трения определяется как отношение максимальной силы трения до относительного движения к нормальной нагрузке. Динамический (или кинетический) коэффициент трения определяется как отношение силы трения при скольжении к приложенной нормальной нагрузке. Часто статический коэффициент трения больше кинетического.

Трение также можно разделить на сухое и смазываемое.Исторически смазка использовалась для снижения общего коэффициента трения путем разделения поверхностей слоем смазки. Поскольку для обычных конструкционных материалов сухое трение значительно выше, чем трение слоев смазки, трение можно уменьшить, введя смазочную пленку. Однако классический смазочный механизм для снижения трения достиг своего фундаментального предела, и в настоящее время твердым смазочным материалам уделяется значительное внимание (см. пример) в попытках уменьшить потери энергии из-за трения.

Коэффициент сухого трения

Гийом Амонтон (1663-1705) и Шарль-Огюстен Кулон (1736-1806) сформулировали важные законы сухого трения:

  1. Сила трения пропорциональна нормальной нагрузке (первый закон Амонтона)
  2. Сила трения не зависит от кажущейся площади контакта (второй закон Амонтона)
  3. Кинетическое трение не зависит от скорости скольжения (закон Кулона)

Согласно второму закону Амонтона коэффициент трения является постоянной величиной для данной пары материалов.Эти экспериментально наблюдаемые законы считаются фундаментальными, однако недавно было показано, что эти законы не всегда соблюдаются в различных ситуациях. Это особенно верно для наноразмерных контактов, где все три закона могут быть нарушены. Например, трение графена может проявлять обратную силу трения — нормальное поведение нагрузки, нарушающее первый закон Амонтона. Во-вторых, законы Амонтона и Кулона не соблюдаются в контактах наконечника атомно-силового микроскопа (АСМ). Было показано, что в контактах наконечника АСМ на силу трения влияют как скорость скольжения, так и кажущаяся площадь контакта.

Коэффициенты трения различных комбинаций материалов в атмосфере и вакууме приведены в таблице Коэффициенты трения (данные собраны из различных источников [1,2]).

Смазанный коэффициент трения

Трение со смазкой можно разделить на три режима: граничный (BL), смешанный (ML) и упругогидродинамический (EHL). В отличие от сухого трения, трение со смазкой зависит от условий эксплуатации, таких как скорость скольжения, вязкость смазки, температура и т. д.Уровень коэффициента трения следует следующей тенденции, показанной на рис. 1.

Рис. 1. Коэффициент трения со смазкой

Простая теория (концепция распределения нагрузки) для расчета коэффициента трения в смазанных контактах была предложена Джонсоном [3]. Эта теория рассматривает общий коэффициент трения как сумму двух составляющих, сухого и смазочного трения, взвешенных по соответствующим площадям. Было показано, что в некоторых случаях теория достаточно хорошо согласуется с экспериментальными данными. Подробнее см. [4].

Для расчета коэффициента трения в режиме смешанного смазывания можно использовать следующие коды на базе Matlab: симулятор на основе шероховатости, симулятор трибологии (автономный, в Matlab нет необходимости).

Измерение коэффициента трения

Трибометры — это устройства, которые обычно используются для измерения трения. Первый трибометр, вероятно, изобрел Леонардо да Винчи — первый триболог. Посмотрите простое устройство, разработанное на основе граммофона, на этом видео:

Ссылки

[1].Механика и физика точных вакуумных механизмов, Е.А. Деулин, В.П. Михайлов, Ю.В. Панфилов, Р.А. Невшупа.

[2]. http://www.engineeringtoolbox.com/friction-coefficients-d_778.html.

[3]. Простая теория контакта неровностей в упругогидродинамической смазке. Носить. 1972;19:91-108, Джонсон К.Л., Гринвуд Дж.А., Пун С.Ю.

[4]. О модели для прогнозирования коэффициента трения в смешанной смазке на основе концепции распределения нагрузки с измеренной шероховатостью поверхности, Акчурин А., Босман Р., Лугт П.М.

Сохранить

Сохранить

Сохранить

Сохранить

Сохранить

Сохранить

Сохранить

Сохранить

Сохранить

Сохранить

Сохранить

Измерения трения – Ebatco

Трение является ключевым компонентом для реальных приложений. Любой материал, соприкасающийся с другой поверхностью, будет иметь силу трения. Двумя ключевыми компонентами трения являются статический и кинетический коэффициенты трения.Эти коэффициенты могут быть измерены за один проход по поверхности образца с заданной контактной частью и известной нагрузкой.

Типичные экспериментальные результаты

Таблица 1. Результаты определения коэффициента трения стальной пластины о стальной шарик

Тест мкс мкК мккмакс мккмин мкВт
1 0,189 0,172 0,183 0.158 0,025
2 0,207 0,183 0,198 0,167 0,031
3 0,236 0,204 0,223 0,184 0,039
4 0,257 0,228 0,252 0,203 0,049
5 0,307 0,251 0,278 0.221 0,057
Среднее 0,239 0,208 0,227 0,187 0,04
С.Д. 0,046 0,032 0,039 0,026 0,013

Рис. 3. Коэффициент трения в зависимости от расстояния между стальной пластиной и стальным шариком.

Результаты определения коэффициента трения контактных линз Acuvue Oasys и Acuve TruEye по предметному стеклу

Контактная линза мкс мкК мккмакс мккмин мкВт
Оайсис 0.255 0,197 0,213 0,181 0,032
TruEye 0,123 0,123 0,138 0,104 0,034

Коэффициент трения в зависимости от расстояния скольжения для Acuvue Oasys с контактной линзой Hydraclear Plus по предметному стеклу в физиологическом растворе для контактных линз.

Коэффициент трения в зависимости от расстояния скольжения контактной линзы 1 Day Acuvue TruEye по предметному стеклу в солевом растворе для контактных линз.

Приложения

Автоматическое движение сцены Керамика Покрытия и пленки
Контактные линзы Ткани Кинетическое трение
Металлы Бумага Пилинг
ПИД-регулятор температуры Пластик Печатные поверхности
Ролики принтера Возвратно-поступательное движение Повторить измерения
Испытание на трение и износ Статическое трение Состояние поверхности
Переменные циклы Переменная нагрузка Переменная скорость
Различные типы контактов Износостойкость Влажное и сухое трение

 

Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими указаниями по применению :
Трение контактных линз в солевом растворе

 

Инструменты: Kyowa TS-501 Triboster

Основные характеристики

Дальность обнаружения 0-500gf (4.9Н) Сила трения
Разрешение коэффициента трения 0,001
Максимальный размер выборки 178x60x50 мм
Скорость измерения 0,2–100 мм/с
Максимальное количество повторений 1000
Ход измерения 1–80 мм
Максимальная температура 200°С

 

Трение контактных линз в солевом растворе

 

Трение — это мера сопротивления поверхности движению.Когда две поверхности трутся друг о друга, трение действует как сила, препятствующая движению двух поверхностей в заданном направлении. Продолжающееся относительное движение приводит к потере материала или износу поверхности и ее фрикционного аналога. Со временем поверхность деградирует до такой степени, что становится непригодной для использования по назначению. Изменение химического состава поверхности может изменить фрикционные свойства, чтобы они лучше соответствовали потребностям применения и помогли продлить срок службы материала.

 

 

Рис. 1. Коэффициент трения в зависимости от расстояния скольжения контактной линзы 1-Day Acuvue TruEye по предметному стеклу в солевом растворе для контактных линз.

 

 

Рис. 2. Коэффициент трения в зависимости от расстояния скольжения Acuvue Oaysis с контактной линзой Hydraclear Plus по предметному стеклу в солевом растворе для контактных линз.

 

Трибостер TS-501 производства Kyowa Interface Science Co., Ltd., способна измерять как статические, так и кинетические коэффициенты трения поверхности материала за один или несколько проходов в сухих условиях или в условиях смазки с контролем температуры от комнатной до 180ºC. Высокочувствительный преобразователь трения и низкие нагрузки, используемые TS-501, позволяют легко и точно тестировать более мягкие материалы, такие как полимеры, ткани и тонкие пленки. Скорость предметного столика автоматически контролируется вводимыми пользователем значениями в диапазоне от 0,02 мм/с до 100 мм/с.

 

 

Большинство одноразовых контактных линз изготовлены из чрезвычайно мягких гидрогелей со значительным содержанием воды. Ношение контактных линз становится модным для людей, будь то по косметическим, корректирующим или терапевтическим причинам. В дополнение ко многим разработанным функциональным возможностям контактных линз комфорт при ношении является ключевым фактором, который должен тщательно контролироваться разработчиком контактных линз. Одним из аспектов комфорта при ношении является трение между веком и контактной линзой.

 

Как показано на рисунках 1 и 2, а также в таблице 1, два различных типа коммерчески доступных контактных линз от Johnson & Johnson Vision Care, Inc. были испытаны на трение с использованием TS-501. Первым протестированным типом контактных линз были одноразовые контактные линзы 1-Day Acuvue TruEye. Вторым типом контактных линз были одноразовые контактные линзы Acuvue Oaysis Hydraclear Plus. Оба вида контактных линз были испытаны при одинаковых условиях и параметрах скольжения по предметному стеклу в солевом растворе для контактных линз.Из результатов видно, что коэффициенты статического и кинетического трения для двух видов контактных линз различны. Различные коэффициенты трения приводят к разному комфорту ношения для людей.

 

Номер ASTM Название Ссылка на сайт
Г115-10 Стандартное руководство по измерению и регистрации коэффициентов трения Ссылка
Г163-10 Стандартное руководство по сбору цифровых данных при измерении износа и трения Ссылка
Д4103-90 Стандартная практика подготовки поверхностей подложек для испытаний на коэффициент трения Ссылка
Д2534-88 Стандартный метод определения коэффициента кинетического трения для восковых покрытий Ссылка
Г203-10 Стандартное руководство по определению рассеяния энергии трения в возвратно-поступательных трибосистемах Ссылка
Д1894-14 Стандартный метод испытаний статических и кинетических коэффициентов трения пластиковой пленки и листового материала Ссылка

 

.
Номер ISO Название Ссылка на сайт
8295 Пластмассы. Пленки и листы. Определение коэффициентов трения Ссылка
20808 Тонкая керамика (усовершенствованная керамика, усовершенствованная техническая керамика) – Определение характеристик трения и износа монолитной керамики методом шарик-диск Ссылка
15113 Резина – определение фрикционных свойств Ссылка
15359 Бумага и картон. Определение статического и кинетического коэффициентов трения. Метод горизонтальной плоскости Ссылка

 

%PDF-1.2 % 421 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 421 80 0000000016 00000 н 0000001951 00000 н 0000002051 00000 н 0000002574 00000 н 0000002854 00000 н 0000002970 00000 н 0000003361 00000 н 0000003491 00000 н 0000003514 00000 н 0000005229 00000 н 0000005352 00000 н 0000005480 00000 н 0000006607 00000 н 0000006908 00000 н 0000006931 00000 н 0000008429 00000 н 0000009536 00000 н 0000009812 00000 н 0000009835 00000 н 0000011379 00000 н 0000012494 00000 н 0000012780 00000 н 0000013895 00000 н 0000014177 00000 н 0000014200 00000 н 0000015729 00000 н 0000015752 00000 н 0000017318 00000 н 0000017341 00000 н 0000018892 00000 н 0000018915 00000 н 0000020450 00000 н 0000020714 00000 н 0000021003 00000 н 0000021026 00000 н 0000022574 00000 н 0000022595 00000 н 0000022616 00000 н 0000022639 00000 н 0000024564 00000 н 0000024586 00000 н 0000025505 00000 н 0000025528 00000 н 0000028665 00000 н 0000028687 00000 н 0000029504 00000 н 0000029526 00000 н 0000030763 00000 н 0000030786 00000 н 0000033805 00000 н 0000033828 00000 н 0000038460 00000 н 0000038483 00000 н 0000043244 00000 н 0000043266 00000 н 0000044319 00000 н 0000044342 00000 н 0000046340 00000 н 0000046363 00000 н 0000051454 00000 н 0000051477 00000 н 0000055673 00000 н 0000055696 00000 н 0000060716 00000 н 0000060739 00000 н 0000065925 00000 н 0000065948 00000 н 0000069365 00000 н 0000069388 00000 н 0000074104 00000 н 0000074127 00000 н 0000079807 00000 н 0000079830 00000 н 0000084264 00000 н 0000084287 00000 н 0000089940 00000 н 0000089963 00000 н 0000092771 00000 н 0000002115 00000 н 0000002552 00000 н трейлер ] >> startxref 0 %%EOF 422 0 объект > эндообъект 423 0 объект > эндообъект 499 0 объект > поток Hc«c`pf`e`Ab,o5z΄V-0d`hz4\6Ǫ!k3_ ZWX

‘B/=

;+][email protected]([email protected]?Tρl n,1A \?+ 8y0O`pdk`[PbG8 фл rO1`(` 2

Измерение коэффициента трения небольшого плавающего жидкого шарика

На две плавающие сферические частицы, расположенные близко друг к другу, действует результирующая сила .В горизонтальном (или x ) направлении составляющая результирующей силы F R ( x ) , действующей на частицу, равна:

, где m — масса частицы, равна горизонтальное ускорение частицы; и F C ( x ) и F f – капиллярная сила и сила трения соответственно. Силу трения можно рассчитать по закону Стокса 30,31 :

, где r — радиус частицы, μ — динамическая вязкость несущей жидкости, — горизонтальная скорость частицы, β — поправочный коэффициент для коэффициента трения.

Основополагающая работа Кральчевского и др. . 33 пришел к выводу, что каждая частица ведет себя как «капиллярный заряд», аналогичный электрически заряженным частицам. Капиллярные силы могут быть выражены как:

, где L — расстояние между частицами и первый порядок модифицированной функции Бесселя второго рода K 1 , что можно аппроксимировать как:

где z – безразмерная величина (в нашем случае z  =  qL ), γ – поверхностное натяжение между жидкостями, q – обратная капиллярная длина несущей жидкости: w – плотность жидкости-носителя. Q Q 1 1 и Q 2 2 2 — это капиллярные заряды отдельных частиц, которые могут быть рассчитаны как:

, где R 0 — это контактный радиус TPCL, который обычно намного меньше, чем расстояние между двумя шариками L ref. 33. Например, в наших экспериментах r 0 имеет порядок 5 × 10 −4  м, тогда как L принимается равным 1.5 × 10 −2  м. В уравнении (6) угол мениска несущей жидкости относительно эталонного горизонтального уровня, рис. 1. Предполагая, что шарик остается сферическим, радиус контакта можно оценить как:

Рисунок 1

Схематический вид пары сбоку плавающих жидких шариков.

Система координат использует среднюю точку в качестве точки отсчета для положения центроидов двух шариков. Расстояние L между двумя шариками установлено равным 15 мм в качестве одного из начальных условий.

Подстановка (7) в (6) дает:

Для двух жидких шариков одинакового состава и радиуса: L  = 2 x при условии, что x измеряется от средней точки между двумя шариками. Подставление м = (4π R 3 /3) ρ /3) ρ M , где ρ M — это эффективная плотность жидких шариков и делает соответствующее расположение в ( 1) дает:

В (9) известны физические свойства ( μ, r, ρ m и ρ w ).Из экспериментов измерено x как функция времени, и полученные данные можно дифференцировать по времени, чтобы получить как скорость , так и ускорение . Следовательно, измерения можно использовать в сочетании с (9) для получения значений β для известного угла мениска ψ .

Угол мениска ψ определяется приложением баланса вертикальных сил к жидкому мрамору (в равновесии):

где F г вес мрамора, F — выталкивающая сила, а F C ( y ) — вертикальная составляющая капиллярной силы.Сделать соответствующие замены для F G , F , F B и F C ( y ) дает:

, где H ( R, ψ ) — высота мениска, измеренная по вертикали от ТКЛ до свободной поверхности жидкости, достаточно далекой от мрамора; h является функцией r и ψ и может быть решена с помощью методов, описанных в нашей предыдущей работе 12 .

Уравнение (11) можно решить численно, чтобы получить равновесное значение для ψ для данного набора значений r, γ, ρ m и ρ w. Тогда при значении угла мениска ψ из (9) можно получить β . Обратите внимание, что приведенный выше анализ действителен только для мелких частиц, т.е. ( qr ) 2  ≪ 1, и малых наклонов мениска, т.е. 34,35 .В нашем случае оба ( qr ) 2 и были порядка 10 −1 .

Известно, что поправочный коэффициент β зависит от степени возмущения поверхности раздела жидкости, которая, в свою очередь, зависит от угла мениска ψ и глубины погружения жидкого мрамора. Поскольку эта глубина является функцией ψ для известного объема, β также должно быть функцией ψ . Для небольшого плавающего жидкого мрамора сила плавучести F b мала по сравнению с силой поверхностного натяжения F C ( y ) 9 15 90 90.Пренебрегая F b в (10), уравнение (11) можно упростить следующим образом:

поверхностное натяжение жидкости, γ и ρ m . Обратите внимание, что параметры плотности жидкости и поверхностного натяжения мрамора отсутствуют, поскольку не учитываются сила плавучести и деформация мрамора. Это предположение дает нам удобный способ оценить β на основе разумно измеримых величин.В этой статье мы варьируем эффективную плотность мрамора ρ m и поверхностное натяжение несущей жидкости γ , чтобы определить взаимосвязь между поправочным коэффициентом β и sin ψ . Радиус мрамора r сохраняется постоянным, тогда как ρ м измеряется для мраморов, содержащих различные концентрации NaCl. Поверхностное натяжение γ и плотность ρ m менялись в наших экспериментах независимо.

При соотношении сторон ε ≈ 0,9 для шарика объемом 5 мкл в наших экспериментах предполагалось, что жидкие шарики имеют сферическую форму 12 . Мы также предполагали, что шарики сохраняют сферическую форму во время движения. Хотя мрамор имеет сферическую форму, его физические свойства отличаются от твердых сферических частиц. Для твердой сферической частицы контактный угол постоянен независимо от плавающего положения из-за ее жесткости. Следовательно, угол мениска можно рассчитать, если известны контактный угол и наклон поверхности в TPCL.Для плавающего мрамора кажущийся контактный угол изменяется из-за деформации самого мрамора 15 . В этой статье деформация плавающего мрамора незначительна из-за небольшого используемого объема. Таким образом, модель аналогична модели твердой сферической частицы. Для более крупных плавающих шариков (> 10 мкл) необходимо учитывать эту деформацию.

Капиллярной силой, возникающей от края контейнера, пренебрегают, так как мениск, создаваемый контейнером, очень мал и находится далеко от плавающих шариков.Предполагается, что мрамор сохраняет свой первоначальный объем на протяжении всего эксперимента, поскольку временная шкала экспериментов (~ 30  секунд от подготовки образца до конца столкновения) намного меньше, чем время процесса испарения мрамора, составляющее примерно один час.

Что такое коэффициент трения? И как это измерить

Как измерить уровень защиты от скольжения?

Как производитель противоскользящих материалов, нам жизненно важно предоставить нашим клиентам необходимую информацию, чтобы они могли легко определить, какие материалы подходят для их требований к захвату.Коэффициент трения (CoF) — это способ объективного выражения уровней сцепления, не существует единого установленного метода измерения коэффициента трения (CoF), существуют различные методы, я опишу наиболее часто встречающиеся процедуры тестирования и то, что лично я ( будучи субъективными) взгляды принадлежат им.

Давайте обсудим некоторые основы

На уровень сцепления с поверхностью влияют такие загрязняющие вещества, как вода. Мы всегда рекомендуем брать результаты сухими и мокрыми, хотя тест на мокрую поверхность звучит слишком обременительно, подумайте об этом, мокрые поверхности представляют один из самых больших рисков.Чтобы уменьшить этот риск, мы должны понимать уровень риска и то, с чем мы сталкиваемся.

Все ли тесты CoF работают одинаково?

Нет, основное отличие состоит в том, что тесты основаны на тестировании либо статического, либо динамического коэффициента трения. Статический CoF зависит от того, какой импульс требуется для достижения движения между двумя поверхностями. Динамический CoF говорит нам, сколько усилий требуется, чтобы остановить две поверхности.

Маятник

Это устройство (также известное как ползунок TRL), которое опускает маятниковый ударник (с различными вариантами поверхности) на подложку.На него распространяются такие стандарты, как EN 13036-4:2011 (Великобритания, ЕС и т. д.), ASTM E303-93 (США) и HB 19:1999 (Австралия) Это динамическое испытание. В сочетании с интерпретацией анализа такими органами, как UKSRG, мы можем определить, что считается хорошим уровнем CoF;

рекомендация UKSRG | Результат
Высокий потенциал скольжения | 0~24
Потенциал умеренного скольжения | 25~35
Низкий потенциал скольжения | 36+

Испытания на рампе с переменным углом наклона

Это чрезвычайно необычный тест, созданный в Германии.Он состоит в том, что подложка наносится на основание по пандусу, оператор встает на пандус, оператор идет, пока пандус наклонен, пандус останавливается, когда оператор поскальзывается. Оператор запряжен и либо босиком, либо в сапогах. Испытание повторяют до тех пор, пока не определят среднее значение. Основными тестами являются DIN51130 и DIN51097. Данные сообщаются в виде числа, следующего за буквой «R».

АСТМ С1028-07

Статическое испытание, возникшее в Америке и получившее широкое распространение.Этот тест больше не считается действительным и был отозван, тем не менее, я упоминаю его, поскольку он все еще часто упоминается в технических данных, спецификациях и т. д.

В заключение…

Во-первых, ASTM C1028-07 — это проклятие, и его никогда не следует использовать; если кто-то ссылается на него, пожалуйста, укажите, что он был отозван из-за очень сомнительных результатов, полученных при его использовании. Статическое тестирование не соответствует движению человека, который может поскользнуться. Мне нравится Pendulum, так как он настолько строго контролируется, что вы можете получить аналогичные результаты, если тест проводится в Лондоне, Нью-Йорке или Сиднее (уровни влажности и температуры могут вызвать некоторые движения).Он настолько научный и предписывающий, что можно быть уверенным в его выводах. Моими личными фаворитами являются тесты с переменной рампой. Это самые дорогие испытания (на каждую рампу необходимо наносить фактическую подложку, и требуется много работы), но они наиболее реалистичны, человек скользит при ходьбе по поверхности, которая может быть влажной или сухой, он может быть плоским или угловым.Тест необычный, но это реальный тест! Я понимаю, что есть и другие, которые я не упомянул, такие как SlipAlert, Tortus, BOT-3000, English XL и т. д., но я решил остановиться на наиболее распространенных методах и тех, которые, скорее всего, испытаны.

Какое отношение это имеет к материалам Хескинса?

Мы тестируем CoF ВСЕ наши нескользящие материалы! мы всегда платим за дорогостоящие внешние тесты, которые проводятся в авторитетных лабораториях, поэтому наши клиенты (и их страховые компании) могут быть уверены в точности и достоверности. Мы можем предоставить все данные и оригинальные отчеты об испытаниях по мере необходимости. Мы проводим текущие тесты на на нерегулярной основе, чтобы убедиться, что у нас есть последние данные.

Мы давно существующая компания с заслуженной репутацией, которую необходимо поддерживать.Эта тема довольно подробная и нуждается в дополнительных разъяснениях для затронутых сторон. Если вам нужна дополнительная информация, пожалуйста, свяжитесь с нами, мы всегда рады помочь.

Хотите быть в курсе?

Подпишитесь на будущие сообщения в блоге и информационные бюллетени здесь.

Лаборатория трибологии Университета Лихай:

Доступные исследовательские позиции бакалавриата

Возможность получить практический исследовательский опыт.

Сейчас принимаются заявки.

В Лаборатории трибологии студенты будут проводить экспериментальные исследования, посвященные межфазным взаимодействиям конденсированных сред. Это включает в себя изучение фундаментальных причин трения, износа, поверхностной деформации и адгезии на сложных поверхностях и материалах, от клеток до нанокомпозитов, в средах от космоса до километров под водой.

Активные исследования включают в себя анализ материалов, недавно возвращенных с международной космической станции, оценку износа окаменелостей зубов динозавров, разработку и патентование полимерных нанокомпозитов со сверхнизким износом, изучение и проектирование биосовместимых и биостимулированных полимерных и гидрогелевых материалов, а также международное сотрудничество в области физика взаимодействия мягких веществ.Это исследование в области трибологии находится на стыке машиностроения, материаловедения и физики поверхности.

Наномеханические и трибологические свойства динозавров гадрозаврид

Проф. Грег Сойер, Грег Эриксон и Брэндон Крик измерили наномеханические и трибологические свойства окаменелостей зубов гадрозаврид (утконосых динозавров) из Американского музея естественной истории. Используя специальные инструменты, мы измерили твердость тканей и скорость износа, которые сохранились в зубе возрастом 65 миллионов лет.Эти свойства сохраняются в окаменелых зубах, потому что содержание минералов апатита является основным фактором, определяющим твердость зубной ткани. Измеренные скорости износа тканей использовались для моделирования формирования жевательных поверхностей зубов гадрозаврид с использованием трехмерного моделирования износа. В результате моделирования профиль поверхности почти идентичен естественному износу зубной батареи гадрозаврид. Модель показала, как каждая ткань (с разной скоростью износа) способствовала формированию сложных функций нарезки и измельчения у этих рептилий за десятки миллионов лет до того, как млекопитающие развили аналогичную жевательную способность.Эта способность измерять свойства, связанные с износом, сохранившиеся в окаменелостях, открывает новый путь для изучения биомеханики на протяжении всей эволюции. См. Журнальные статьи:
Science, 5 октября 2012 г., стр. 98–101.

Эксперименты с Международной космической станции

Космические трибометры и образцы для анализа

Материалы по экспериментам на Международной космической станции (MISSE) Космические трибометры были первыми активными трибометрами, непосредственно подвергавшимися воздействию окружающей среды на низкой околоземной орбите

Лаборатория трибологии Университета Лихай находится в стадии строительства

Лаборатория на май 2013 г.

Лаборатория по состоянию на 3 июля 2013 г.

Основная лаборатория расположена в Lehigh’s Packard Laboratory.

Мера трения | Тест анализатора текстуры

ТРЕНИЕ — это явление, которое является частью нашей повседневной жизни. С одной стороны, без него нам было бы очень трудно выжить, а с другой стороны, его минимизация может быть очень дорогой. Его можно просто определить как силу сопротивления, которая возникает, когда одна поверхность скользит или пытается скользить по другой. Это свойство текстуры, обычно измеряемое для упаковочных материалов, гелей для бритья, косметических губок и т. д.

Трение может быть для нас ограничением; например, трение упаковки может быть основным фактором, ограничивающим скорость упаковочных машин. Добавки часто используются для улучшения смазывающей способности поверхностей; это известно как «скольжение». Полиэтилен добавляется в упаковку для улучшения характеристик скольжения.

Мы знаем, что есть две реакции, связанные с трением, которые мы можем определить. Существует «статическое трение» (иногда сокращается до «прилипания»), то есть сопротивление началу относительного движения; и есть «кинетическое» или «движущееся трение», то есть сопротивление поддержанию движения с определенной постоянной скоростью.Анализатор текстуры также может измерять коэффициент трения, который является эмпирическим измерением. Более шероховатые поверхности, как правило, имеют более высокие значения.


Типичные свойства, которые можно получить из графика анализатора текстуры:

Сцепление, трение, коэффициент трения

Типовой график анализатора текстуры с аннотированными свойствами пленочного теста на трение


Типовой датчик/приспособление, используемое для измерения:

Фрикционные установки (однонаправленные и циклические) >>

 

Выше приведены только типичные примеры измерения трения.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.