תוֹכֶן

• לדרוך
• שיטה 1 מתוך 2: יצירת משטח מחוספס יותר
• שיטה 2 מתוך 2: הגדל את ההתנגדות בנוזל או בגז
• אזהרות

האם תהית אי פעם מדוע מחממים את הידיים כשאתה משפשף אותן במהירות או מדוע אתה באמת יכול להדליק אש על ידי שפשוף שני מקלות זה לזה? התשובה היא חיכוך! כאשר שני משטחים מתחככים זה בזה, הם יתנגדו זה לזו לתנועה ברמה מיקרוסקופית. התנגדות זו תייצר אנרגיה בצורה של חום, בה תוכלו להשתמש כדי לחמם את הידיים, ליצור אש וכו '. ככל שהחיכוך גדול יותר, כך תשוחרר יותר אנרגיה, אז דעו כיצד להגדיל את החיכוך בין שני נעים. חלקים במערכת מכנית בעצם נותנים לך את ההזדמנות לייצר הרבה חום!

לדרוך

שיטה 1 מתוך 2: יצירת משטח מחוספס יותר

1. צור יותר נקודות מגע "מחוספסות" או דביקות. כששני חומרים מחליקים או מתחככים זה בזה, יכולים להתרחש שלושה דברים: פינות קטנות, סדקים ואי סדרים על פני השטח עלולים להיתפס; אחד או שני המשטחים יכולים להתעוות בתגובה לתנועה; ובסופו של דבר, האטומים בכל משטח יכולים להתחיל לתקשר זה עם זה. למטרות מעשיות, כל שלושת אלה עושים את אותו הדבר: ליצור חיכוך. בחירת משטחים שוחקים (כמו נייר זכוכית), מעוותים (כמו גומי) או דביקים (כמו דבק וכו ') היא דרך קלה להגברת החיכוך.
   • ספרי לימוד טכניים ומשאבים דומים יכולים להוות עזרה מצוינת בבחירת חומרים לשימושם להגברת החיכוך. לרוב חומרי הבנייה הסטנדרטיים יש "מקדם חיכוך" ידוע - כלומר מדד לכמות החיכוך שנוצר יחד עם משטחים אחרים. מקדמי החיכוך של כמה חומרים ידועים בלבד מפורטים להלן (ערך גבוה יותר מציין חיכוך גבוה יותר):
   • אלומיניום על אלומיניום: 0.34
   • עץ על עץ: 0.129
   • בטון יבש על גומי: 0.6-0.85
   • בטון רטוב על גומי: 0.45-0.75
   • קרח על קרח: 0.01
2. דחף חזק יותר את שני המשטחים. הגדרה בסיסית בפיזיקה קובעת כי החיכוך שעובר אובייקט הוא פרופורציונאלי לכוח הרגיל (לענייננו כוח זה שווה לזה שבאמצעותו האובייקט דוחף כנגד האחר). המשמעות היא שניתן להגדיל את החיכוך בין שני משטחים אם המשטחים נדחפים יחד בכוח רב יותר.
   • אם אי פעם השתמשת בדיסקי בלמים (למשל, אלה שנמצאים ברכב או באופניים) אז ראית את העיקרון הזה בפעולה. במקרה זה, על ידי לחיצה על הבלמים, מערכת בלוקים המייצרים חיכוך נדחקת כנגד דיסקי מתכת המחוברים לגלגלים. ככל שתלחץ חזק יותר על הבלמים, כך הבלוקים יילחצו על הדיסקים ויהיה יותר חיכוך. זה מאפשר לעצור את הרכב במהירות, אך גם משחרר חום רב ולכן מערכות בלימה לרוב חמות מאוד לאחר בלימה קשה.
3. עצור כל תנועה יחסית. משמעות הדבר היא שאם משטח אחד נע ביחס לשני, אתה עוצר אותו. עד כה התמקדנו דִינָמִי (או "הזזה") חיכוך - החיכוך המתרחש כששני עצמים או משטחים מתחככים זה בזה. למעשה, צורת חיכוך זו שונה מזו סטָטִי חיכוך - החיכוך המתרחש כאשר אובייקט מתחיל לנוע כנגד עצם אחר. בעיקרו של דבר, החיכוך בין שני עצמים הוא הגדול ביותר כאשר הם מתחילים לנוע זה נגד זה. ברגע שהם בתנועה, החיכוך פוחת. זו אחת הסיבות שקשה להניע אובייקט כבד מאשר לשמור עליו.
   • כדי להתבונן בהבדל בין חיכוך סטטי ודינמי, נסה את הניסוי הפשוט הבא: הנח כיסא או רהיט אחר על רצפה חלקה בביתך (לא על שטיח או שטיח). וודא כי לרהיטים אין "חתיכי" הגנה בתחתית או כל סוג אחר של חומר שיקל על החלקה על הרצפה. נסה את הרהיטים רַק לדחוף מספיק חזק כדי שזה יתחיל לנוע. עליכם לשים לב שברגע שהרהיטים מתחילים לזוז, זה מיד הופך להיות הרבה יותר קל לדחיפה. הסיבה לכך היא שהחיכוך הדינמי בין רהיטים לרצפה קטן מהחיכוך הסטטי.
4. הסר נוזלים בין משטחים. נוזלים כמו שמן, שומן, ג'לי נפט וכו 'יכולים להפחית משמעותית את החיכוך בין חפצים ומשטחים. הסיבה לכך היא שהחיכוך בין שני מוצקים בדרך כלל גבוה בהרבה מזה בין מוצקים לנוזל שביניהם. כדי להגביר את החיכוך, אתה יכול להוציא את כל הנוזלים האפשריים מהמשוואה, כאשר רק חלקים "יבשים" גורמים לחיכוך.
   • נסה את הניסוי הפשוט הבא כדי לקבל מושג באיזו מידה נוזלים יכולים להפחית את החיכוך: שפשף את הידיים יחד אם הן קרות ואתה רוצה לחמם אותן. אתה אמור להיות מסוגל להבחין מיד שהם מתחממים מהשפשוף. ואז הניח כמות נכבדה של קרם על כפות הידיים שלך ונסה לעשות זאת שוב. לא רק שיהיה קל יותר לשפשף את הידיים במהירות, אלא שתבחין שהן מתחילות להיות פחות חמות.
5. הסר גלגלים או מנשאים כדי ליצור חיכוך הזזה. גלגלים, מנשאים וחפצים "מתגלגלים" אחרים חווים סוג חיכוך מיוחד הנקרא חיכוך מתגלגל. חיכוך זה כמעט תמיד פחות מהחיכוך שנוצר על ידי החלקה של אותו אובייקט על הקרקע. - זו הסיבה שחפצים אלה נוטים להתגלגל ולא להחליק על הקרקע. כדי להגדיל את החיכוך במערכת מכנית, ניתן להסיר את הגלגלים, המובילים וכו ', כך שהחלקים יגלו זה נגד זה, ולא יתגלגלו.
   • קחו למשל את ההבדל בין משיכת משקל כבד על הקרקע בכרכרה לעומת משקל שווה ערך בכרכרה. לעגלה יש גלגלים, ולכן קל יותר למשוך מאשר כרכרה, שנגררת לאורך האדמה תוך שהיא מייצרת הרבה חיכוך.
6. הגדל את הצמיגות. אובייקטים מוצקים אינם הדברים היחידים שיכולים ליצור חיכוך. חומרים נוזליים (נוזלים וגזים כגון מים ואוויר, בהתאמה) יכולים גם הם ליצור חיכוך. כמות החיכוך שנוצר נוזל כאשר הוא זורם על פני מוצק תלויה בכמה גורמים. אחד הקלים ביותר לשליטה הוא צמיגות - זה מה שמכונה בדרך כלל "עובי". באופן כללי, נוזלים בעלי צמיגות גבוהה (אלו הם "עבים", "דביקים" וכו ') יגרמו לחיכוך רב יותר מאשר נוזלים צמיגים פחות (אלה "חלקים" ו"נוזליים ").
   • לדוגמה, שקול את ההבדל במאמץ שתצטרך לעשות כשאתה נושף מים דרך קש לעומת נושף דבש באמצעות קש. מים אינם צמיגים במיוחד ויעברו בקלות דרך הקש. דבש הרבה יותר קשה לנשוף דרך קש. הסיבה לכך היא שצמיגות גבוהה של הדבש מייצרת עמידות רבה ובכך חיכוך כאשר הוא מועף דרך צינור צר כמו קש.

שיטה 2 מתוך 2: הגדל את ההתנגדות בנוזל או בגז

1. הגדל את צמיגות הנוזל. המדיום דרכו נע אובייקט מפעיל כוח על האובייקט אשר ככלל מנסה לבטל את כוח החיכוך על האובייקט. ככל שהנוזל צפוף יותר (ולכן צמיג יותר), כך עצם האיט יעבור דרך הנוזל ההוא בהשפעת כוח נתון. לדוגמא: שיש ייפול באוויר הרבה יותר מהר מאשר דרך מים, ודרך מים מהר יותר מאשר דרך סירופ.
   • ניתן להגביר את הצמיגות של רוב הנוזלים על ידי הורדת הטמפרטורה. לדוגמא: שיש נופל לאט יותר דרך סירופ קר מאשר דרך סירופ בטמפרטורת החדר.
2. הגדל את השטח החשוף לאוויר. כפי שצוין לעיל, חומרים נוזליים כגון מים ואוויר עלולים ליצור חיכוך כאשר הם זורמים על פני מוצקים. כוח החיכוך שחווה אובייקט בזמן שהוא נע דרך חומר נוזלי נקרא עמידות (תלוי במדיום, זה נקרא גם "עמידות באוויר", "עמידות במים" וכו '). אחד המאפיינים של התנגדות הוא שאובייקט עם חתך רוחב גדול יותר - כלומר אובייקט עם פרופיל גדול יותר כשהוא נע דרך הנוזל - חווה התנגדות רבה יותר. זה נותן לנוזל יותר משטח לדחוף נגדו, מה שמגדיל את החיכוך על האובייקט בזמן שהוא נע דרכו.
   • נניח כי חלוק נחל וגליון נייר שוקלים גרם אחד. אם נניח לשתיהן ליפול בו זמנית, חלוק האבן נחל ישר למטה בעוד גיליון הנייר לאט לאט מסתחרר מטה. זה המקום בו רואים את התנגדות האוויר בפעולה - האוויר נדחק על המשטח הרחב והגדול של הנייר ויוצר התנגדות והנייר נופל הרבה יותר לאט מאשר חלוק האבן, בעל חתך צר יחסית.
3. בחר צורה עם עמידות רבה יותר. למרות שחתך האובייקט הוא טוב כללי הוא אינדיקציה לגודל הנגד, במציאות חישובי הנגד הם הרבה יותר מסובכים. צורות שונות מתנהגות בדרכים שונות בנוזלים שהם עוברים דרכם - המשמעות היא שצורות מסוימות (למשל צלחות שטוחות) עמידות יותר מאחרות (למשל כדורים) העשויות מאותו חומר. מכיוון שהמדד לגודל היחסי של התנגדות האוויר נקרא גם "מקדם גרר", נאמר שלצורות בעלות עמידות אוויר גדולה יש מקדם גרר גבוה יותר.
   • קחו למשל כנפיים של מטוס. צורת כנף טיפוסית של מטוס נקראת a נייר אוויר. צורה חלקה, צרה ומעוגלת זו עוברת בקלות דרך האוויר. מקדם הגרר נמוך מאוד - 0.45. מצד שני, אתה יכול לדמיין שלכנף יש זוויות חדות, הוא בצורת בלוק או נראה כמו מנסרה. הכנפיים הללו מייצרות הרבה יותר חיכוכים מכיוון שהן מייצרות התנגדות רבה בטיסה. לפריזמות יש לכן מקדם גרר גדול יותר מפרופילי כנפיים - בערך 1.14.
4. הפוך את האובייקט ליעיל פחות. תופעה נוספת הקשורה למקדמי הגרר השונים של הצורות השונות היא שאובייקטים עם "מעטה" גדול יותר, מרובעים יותר, מייצרים יותר גרור מאובייקטים אחרים. חפצים אלה מורכבים מקווים גסים וישרים ולרוב אינם מצטמצמים לכיוון הגב. מצד שני, עצמים יעילים הם לעתים קרובות מעוגלים יותר ומתחדדים לכיוון הגב - כמו גוף של דג.
   • למשל, האופן בו מתוכננת המכונית המשפחתית הממוצעת כיום בהשוואה לאותו סוג לפני עשרות שנים. בעבר מכוניות היו סתומות הרבה יותר והיו בעלות קווים ישרים ומלבניים הרבה יותר. כיום, רוב המכוניות המשפחתיות הרבה יותר יעילות ובמידה רבה מעוגלות ברכות. זה נעשה בכוונה - צורה יעילה פירושה שרכב חווה פחות גרירה, מה שמקטין את המאמץ של המנוע להזיז את המכונית (ומקטין את קילומטראז 'הדלק).
5. השתמש בחומר המאפשר לעבור פחות אוויר. חומרים מסוימים מאפשרים לעבור נוזלים וגזים. במילים אחרות, ישנם חורים לנוזל לעבור דרכם. זה מבטיח כי פני השטח של האובייקט שכנגדו נוזל נלחץ הופך קטן יותר, כך שיש פחות התנגדות.מאפיין זה נשאר בתוקף גם אם החורים הם מיקרוסקופיים - כל עוד החורים גדולים מספיק כדי לאפשר לעבור לנוזל / אוויר, ההתנגדות תפחת. זו הסיבה שמצנחים, שנועדו ליצור עמידות רבה באוויר ובכך להפחית את מהירות הנפילה של מישהו או משהו אחר, עשויים משי חזק או ניילון בהיר ולא מסנני כותנה או קפה.
   • כדי לתת דוגמה למאפיין זה בפעולה, חשוב מה קורה עם עטלף פינג פונג כשאתה קודח בו כמה חורים. אז הרבה יותר קל להזיז את ההנעה במהירות. החורים מאפשרים לעבור אוויר בזמן הנפת ההנעה, מה שמפחית מאוד את ההתנגדות ומאפשר להנעה לנוע מהר יותר.
6. הגדל את מהירות האובייקט. לבסוף, ללא קשר לצורתו של אובייקט או לחומר שהוא עשוי מחלחל ממנו, ההתנגדות שהוא נתקל בו תמיד תגבר ככל שהוא נע מהר יותר. ככל שאובייקט נע מהר יותר כך הוא יצטרך לנוע יותר נוזלי, מה שמגביר את ההתנגדות. אובייקטים הנעים במהירות גבוהה מאוד עלולים לחוות חיכוך גבוה מאוד עקב ההתנגדות הגבוהה, ולכן בדרך כלל יעצמו שם חפצים אלה או אחרת הם יתפרקו בגלל כוח ההתנגדות.
   • קחו את לוקהיד SR-71 "Blackbird", מטוס ריגול ניסיוני שנבנה במהלך המלחמה הקרה. ה- Blackbird, שעשוי היה לטוס במהירויות הגבוהות מ- Mach 3.2, נתקל בהתנגדות קיצונית מאותן מהירויות גבוהות, למרות עיצובו היעיל - הקיצוני מספיק בכדי לגרום להרחבת גוף המטוס המתכתי של המטוס בגלל החום שנוצר מחיכוך מהאוויר במהלך הטיסה. .

אזהרות

• חיכוך גבוה במיוחד יכול לשחרר אנרגיה רבה בצורה של חום! לדוגמא, אתה באמת לא רוצה לגעת ברפידות הבלם של המכונית שלך מיד אחרי שאתה מכה חזק על הבלמים!
• הכוחות הגדולים שמשתחררים כאשר נגררים דרך נוזל עלולים לגרום נזק מבני לאובייקט זה. לדוגמא, אם תדביקו את הצד השטוח של פיסת דיקט דקה למים בזמן שייט בסירת מנוע מהירה, רוב הסיכויים שהיא תיקרע לגזרים.