תוֹכֶן

• צעדים
• שיטה 1 מתוך 2: משטחי גופי שפשוף
• שיטה 2 מתוך 2: התנגדות חזיתית
• טיפים

האם תהית אי פעם מדוע הידיים שלך מתחממות כאשר אתה משפשף אותן זו בזו, או מדוע אתה יכול להבעיר אש על ידי שפשוף שתי חתיכות עץ? התשובה היא חיכוך! כאשר שני גופים נעים יחסית זה לזה, מופיע כוח חיכוך שמונע תנועה כזו.חיכוך יכול לגרום לשחרור אנרגיה בצורה של חום, חימום ידיים, אש מכה וכו '. ככל שהחיכוך גדול יותר, כך משתחררת יותר אנרגיה, כך שעל ידי הגברת החיכוך בין חלקים נעים במערכת מכנית תקבל הרבה חום!

צעדים

שיטה 1 מתוך 2: משטחי גופי שפשוף

1. 1 כאשר שני גופים נעים זה לזה, יכולים להתרחש שלושת התהליכים הבאים: אי סדרים על פני גופים מפריעים לתנועת הגופים ביחס זה לזה; אחד או שני המשטחים של הגופים עלולים להתעוות כתוצאה מתנועה כזו; אטומים של כל משטח יכולים לקיים אינטראקציה זה עם זה. כל התהליכים הללו מעורבים בהופעת חיכוך. לכן, כדי להגביר את החיכוך, בחרו גופים בעלי משטח שוחק (כגון נייר זכוכית), משטח מעוות (כגון גומי) או משטח בעל תכונות דבקות (כגון דביק).
   • למידע נוסף על בחירת חומרים להגברת החיכוך, עיין במדריכים או במשאבים מקוונים. עבור חומרים נפוצים, אתה יכול למצוא את מקדמי החיכוך שלהם (מאפיין כמותי של הכוח הנדרש להחליק או להזיז חומר אחד על פני שטח אחר). מקדמי החיכוך של חומרים מסוימים מפורטים להלן (ככל שהמקדם גבוה יותר, כך החיכוך גדול יותר):
   • אלומיניום לאלומיניום: 0.34
   • עץ לעץ: 0.129
   • בטון יבש על גומי: 0.6-0.85
   • בטון רטוב על גומי: 0.45-0.75
   • קרח על קרח: 0.01
2. 2 לחץ את הגופים קרוב יותר זה לזה כדי להגביר את החיכוך, מכיוון שכוח החיכוך פרופורציונאלי לכוח הפועל על גוף השפשוף (הכוח המופנה בניצב לכיוון התנועה של הגופים ביחס זה לזה).
   • תחשוב על בלמי דיסק ברכב. ככל שאתה לוחץ על דוושת הבלם יותר, כך רפידות הבלמים נלחצות יותר על חישוק הגלגל, כך החיכוך הופך להיות יותר, והמכונית עוצרת מהר יותר. אך ככל שהחיכוך חזק יותר, כך משתחרר יותר חום, כך שכאשר בולמים חזק, רפידות הבלמים מתחממות מאוד.
3. 3 אם גוף אחד בתנועה, עצור אותו. עד כה שקלנו את החיכוך הזזה המתרחש כאשר גופים נעים יחסית זה לזה. חיכוך הזזה הוא הרבה פחות מחיכוך סטטי, כלומר הכוח שיש להתגבר עליו כדי להניע שני גופים מגעים. לכן, קשה יותר להזיז חפץ כבד מאשר לשלוט בו כשהוא כבר זז.
   • עשו ניסוי פשוט כדי להבין את ההבדל בין חיכוך הזזה לחיכוך סטטי. הניחו את הכסא על רצפה חלקה (לא שטיח). ודא שאין גומי או רפידות אחרות על רגלי הכסא כדי למנוע החלקה. דחוף את הכסא כדי להזיז אותו. תוכלו להבחין שברגע שהכסא בתנועה, יהיה לכם קל יותר לדחוף אותו מכיוון שחיכוך הזזה בין הכיסא לרצפה הוא פחות מחיכוך המנוחה.
4. 4 היפטרו מהשומן בין שני המשטחים כדי להגביר את החיכוך. חומרי סיכה (שמנים, ג'לי נפט וכו ') מפחיתים משמעותית את כוח החיכוך בין גופי שפשוף, מכיוון שמקדם החיכוך בין מוצקים גבוה בהרבה ממקדם החיכוך בין מוצק לנוזל.
   • עשו ניסוי פשוט. משפשפים ידיים יבשות ותבחינו שהטמפרטורה שלהם עלתה (הם חמים יותר). עכשיו הרטיבו את הידיים ושפשפו אותן שוב. עכשיו לא רק שקל לך לשפשף את הידיים יחד, אלא שהן גם מתחממות פחות (או איטיות יותר).
5. 5 להיפטר ממסבים, גלגלים ומגופים מתגלגלים אחרים כדי להיפטר מחיכוך מתגלגל ולקבל חיכוך הזזה שהוא הרבה יותר גדול מהראשון (לכן גלגול גוף אחד ביחס למשנהו קל יותר מלדחוף / למשוך אותו).
   • לדוגמה, דמיין שאתה מכניס גופות מאותה מסה במזחלת ועל עגלה עם גלגלים. עגלה עם גלגלים הרבה יותר קלה לתנועה (חיכוך מתגלגל) מאשר מזחלת (חיכוך הזזה).
6. 6 הגדל את צמיגות הנוזל כדי להגדיל את כוח החיכוך. חיכוך מתרחש לא רק בעת הזזת מוצקים, אלא גם בנוזלים ובגזים (מים ואוויר, בהתאמה). החיכוך בין נוזל למוצק תלוי במספר גורמים, למשל צמיגות הנוזל - ככל שצמיגות הנוזל גבוהה יותר, כך כוח החיכוך גדול יותר.
   • לדוגמה, דמיין שאתה שותה מים ודבש דרך קש. מים בעלי צמיגות נמוכה יעברו בקלות דרך קש, אך דבש, בעל צמיגות גבוהה, כמעט ולא יעבור דרך קש (שכן הדבש מתחכך יותר בדפנות הקש).

שיטה 2 מתוך 2: התנגדות חזיתית

1. 1 הגדל את שטח הגוף שלך. כפי שצוין לעיל, כאשר מוצקים נעים בנוזלים ובגזים, מתעורר גם כוח חיכוך. הכוח שמונע את תנועת הגופים בנוזלים ובגזים נקרא התנגדות חזיתית (לפעמים זה נקרא התנגדות אוויר או התנגדות למים). ההתנגדות הפרונטלית גדולה יותר עם גידול בשטח הגוף, המכוון בניצב לכיוון תנועת הגוף דרך נוזל או גז.
   • לדוגמה, קח גלולה במשקל 1 גרם וגיליון נייר באותו משקל ושחרר אותם בו זמנית. התבואה תיפול מיד לרצפה, ודף הנייר ישקע לאט לאט. כאן עקרון הגרירה נראה לעין - שטח הפנים של הנייר גדול בהרבה מזה של גלולה, כך שהתנגדות האוויר גדולה יותר והנייר נופל לרצפה לאט יותר.
2. 2 השתמש במבנה גוף בעל מקדם גרירה גבוה. לפי שטח פני הגוף המכוון בניצב לתנועה, ניתן לשפוט לגבי ההתנגדות הפרונטלית רק במונחים כלליים. גופים בצורות שונות מתקשרים עם נוזלים וגזים בדרכים שונות (כאשר גופים נעים דרך גז או נוזל). לדוגמה, לצלחת שטוחה עגולה יש יותר גרירה מאשר צלחת עגולה בצורת כדור. הערך המאפיין את גרירת הגופים בצורות שונות נקרא מקדם הגרירה.
   • לדוגמה, שקול כנף מטוס. צורתו של כנף מטוס נקראת רדיד המטוס. זו צורה מלוטשת, צרה ומעוגלת עם מקדם גרירה נמוך (בערך 0.45). מצד שני, דמיינו שכנף מטוס מעוצבת כמנסרה מרובעת ומלבנית. עבור כנפיים כאלה, הגרר יהיה עצום (זה נכון, מכיוון שמקדם הגרירה של מנסרה מלבנית מרובעת הוא 1.14).
3. 3 השתמש בגופים פחות יעילים. ככלל, לגופים מעוקבים גדולים יש גרירה גבוהה. לגופים כאלה יש פינות מלבניות ואינן מתחדדות לקראת הסוף. מצד שני, לגופים יעילים יש קצוות מעוגלים ובדרך כלל מתחדדים לקראת הסוף.
   • לדוגמה, השווה בין מכונית מודרנית לבין מכונית שיוצרה לפני מספר עשורים. מכוניות ישנות היו מרובעות, בעוד שלמכוניות המודרניות יש הרבה עקומות חלקות. לכן, למכוניות מודרניות יש פחות גרירה ודורשות הספק מנוע נמוך יותר (מה שמוביל לחסכון בדלק).
4. 4 השתמש בגופים ללא חורים דרך. כל חור בגוף מפחית את הגרירה בכך שהוא מאפשר לאוויר או למים לזרום דרך החור (חורים מפחיתים את שטח פני הגוף בניצב לתנועה). ככל שהחורים המעוברים גדולים יותר, הגרר נמוך יותר. זו הסיבה שמצנחים, שנועדו ליצור הרבה גרירה (להאט את מהירות הנפילה), עשויים משי עמיד, קל משקל או ניילון, ולא גזה.
   • לדוגמה, אתה יכול להגדיל את מהירות משוט הפינג-פונג שלך על ידי קידוח חורים מרובים בהנעה (כדי לצמצם את שטח הפנים של ההנעה ולצמצם גרירה).
5. 5 הגדל את מהירות הגוף כדי להגדיל את הגרירה (זה נכון לגבי גופים מכל צורה וחומר). ככל שהמהירות של אובייקט גבוהה יותר, כך נפח הנוזל או הגז שהוא חייב לעבור דרכו גדול יותר והגרירה גדולה יותר. גופים הנעים במהירות גבוהה מאוד חווים גרירה אדירה, ולכן עליהם לייעל אותם; אחרת, כוח ההתנגדות יהרוס אותם.
   • לדוגמה, שקול את לוקהיד SR-71, מטוס סיור ניסיוני שנבנה במהלך המלחמה הקרה. מטוס זה יכול לטוס במהירות גבוהה של M = 3.2, ולמרות צורתו הייעילה, חווה גרירה עצומה (כה גדולה עד שהמתכת שממנה נוצר גוף המטוס התרחבה בעת חימום עקב חיכוך).

טיפים

• זכור כי חיכוך משחרר אנרגיה רבה בצורה של חום. למשל, אל תיגע ברפידות הבלמים של המכונית מיד לאחר הבלימה!
• זכור כי כוחות התנגדות גבוהים יכולים להוביל להרס של גוף הנע בנוזל. לדוגמה, אם במהלך שייט בסירה הכנסתם פיסת דיקט למים (כך שהשטח שלה יהיה בניצב לתנועת הסירה), סביר להניח שהדיקט יישבר.