摩擦力。 摩擦の種類

名前は本質を定義します。

日本のことわざ

何世紀にもわたる人間の経験が示すように、転がり摩擦力は滑り摩擦力よりも約 1 桁小さいです。 それにもかかわらず、転がり軸受のアイデアがヴィルロによって定式化されたのは 1772 年になってからでした。

転がり摩擦の基本概念を考えてみましょう。 車輪が静止したベース上で回転し、ある角度で回転すると、その軸 (点 0) がある量だけ移動するとき、そのような動きをと呼びます。 きれいなローリング滑らずに。 ホイール (図 51) に力 N がかかると、ホイールを動かすためにトルクを加える必要があります。 これは、その中心に力 F を加えることで実現できます。 この場合、点O 1 に対する力のモーメントFは転がり抵抗のモーメントに等しくなります。

図51。 純粋な回転回路

ホイール (図 51) に力 N がかかると、ホイールを動かすためにトルクを加える必要があります。 これは、その中心に力 F を加えることで実現できます。 この場合、点O 1 に対する力のモーメントFは転がり抵抗のモーメントに等しくなります。

転がり摩擦係数通常負荷に対する運転モーメントの比率です。 この量には長さの次元があります。

無次元特性 - 転がり抵抗係数は、単位経路上の駆動力 F の仕事と垂直荷重の比に等しくなります。

ここで、 A は駆動力の仕事です。

単一パスの長さ。

M - 駆動力のモーメント。

パスに対応するホイールの回転角度。

このように、転がり時と滑り時では摩擦係数の式が異なります。

転動体の軌道への付着力が摩擦力を超えないようにしてください。そうでないと転動が滑りに変わってしまいます。

転がり軸受の軌道に沿ったボールの動きを考えてみましょう (図 52a)。 平行部分の最大の直径の円と小さな円の両方がトラックと接触しています。 異なる半径の円上の点が移動する経路は異なります。つまり、滑りが発生します。

ボールやローラーが平面（または内部円筒）に沿って転がるとき、接触は点または線に沿って発生しますが、これは理論的にのみ発生します。 実際の摩擦ユニットでは、仕事荷重の影響により、接触ゾーンの変形が発生します。 この場合、ボールはある円の中で接触し、ローラーは長方形の中で接触します。 どちらの場合も、転がりには滑り摩擦と同様に、摩擦結合の形成と破壊が伴います。

ころは軌道面の変形により、その周長よりも短い軌道を移動します。 これは、硬い鋼製シリンダーが平らな弾性ゴム表面上を転がると明らかに顕著です (図 52b)。 荷重が弾性変形 e のみを引き起こす場合、回転軌跡は復元されます。 塑性変形中、軌道面は残ります。

図52。 回転: a - トラック上のボール、b - 弾性ベース上のシリンダー

経路の不均等（ローラーの円周に沿ったものと支持面に沿ったもの）により、滑りが発生します。

接触面の加工品質の向上や潤滑剤の使用による（滑りによる）滑り摩擦の低減は、ほとんど起こらないことが現在では確立されている。 したがって、転がり摩擦力は、滑りによるものではなく、変形時のエネルギー散逸によって大部分が発生することになります。 変形は主に弾性であるため、転がり摩擦損失は弾性ヒステリシスの結果です。

弾性ヒステリシスは、同じ荷重下での変形が影響の順序 (多重度)、つまり荷重履歴に依存することで構成されます。 エネルギーの一部は変形可能な本体に蓄えられ、特定のエネルギー閾値を超えると摩耗粒子が分離され、破壊されます。 最大の損失は、粘弾性ベース (ポリマー、ゴム) 上で転がるときに発生し、最小の損失は高弾性金属 (スチール レール) 上で発生します。

転がり摩擦力を決定するための経験式は次のとおりです。

ここで、 D は転動体の直径です。

式を分析すると、摩擦力が増加することがわかります。

通常負荷が増加すると、

転動体の大きさが小さくなる。

回転速度が増加すると、摩擦力はほとんど変化しませんが、摩耗は増加します。 車輪径が大きくなり走行速度が上がると転がり摩擦力が減少します。

転がり摩擦

転がり摩擦- 体が互いに転がるときに発生する動きに対する抵抗。 たとえば、転がり軸受の要素の間、車のホイールのタイヤと路面の間などに発生します。 ほとんどの場合、他のすべての条件が等しい場合、転がり摩擦の値は滑り摩擦の値よりもはるかに小さいため、転がりはテクノロジーにおける一般的な動きのタイプです。

転がり摩擦は 2 つの物体の界面で発生するため、外部摩擦の一種として分類されます。

転がり摩擦力

サポート上にある回転体に次の作用が作用するとします。

これらの力のベクトル和がゼロの場合

その場合、物体の対称軸は均一かつ直線的に移動するか、静止したままになります (図 1 を参照)。 ベクトルは、動きに対抗する転がり摩擦力を決定します。 これは、ダウンフォースは地面反力の垂直成分によってバランスが取られ、外力は地面反力の接線方向成分によってバランスが取られることを意味します。

均一な回転は、任意の点の周りの力のモーメントの合計がゼロに等しいことも意味します。 図に示す力のモーメントの回転軸に対する平衡から、 2 と 3 は次のとおりです。

ウィキメディア財団。 2010年。

転がり摩擦力は、Ftr=ktr(Fn/r)で表されます。ここで、ktrは摩擦係数、Fnは押し付け力、rは車輪の半径です。 転がり摩擦係数の次元は当然「長さ」です。 以下は、さまざまな材料ペアの有用な転がり摩擦係数範囲を cm 単位で示した表です。

各種材質の滑り摩擦係数

さまざまな材料の組み合わせの静摩擦係数 (付着係数) の表。

転がり摩擦係数。

転がり摩擦力は次のように記述されます。

F tr =k tr (F n /r)ここで、k tr は摩擦係数、F n は押圧力、r はホイールの半径です。

転がり摩擦係数の次元は当然「長さ」です。

以下は、さまざまな材料ペアの有用な転がり摩擦係数範囲を cm 単位で示した表です。

滑り摩擦力- 相対運動中に接触する物体の間に生じる力。 物体間に液体または気体の層（潤滑剤）がない場合、そのような摩擦は次のように呼ばれます。 ドライ。 それ以外の場合、摩擦は「流体」と呼ばれます。 乾式摩擦の特徴は静摩擦の存在です。

摩擦力は、物体が互いに圧力をかける力（支持反力）、摩擦面の材質、相対運動の速度、および摩擦力に依存することが実験的に確立されています。 ない接触面積によって異なります。 (これは、完全に平らな物体は存在しないという事実によって説明できます。したがって、実際の接触面積は、観察された接触面積よりもはるかに小さいです。さらに、面積を増やすことで、物体が互いに受ける比圧力が減少します。)摩擦面を特徴付ける量は次のように呼ばれます。 摩擦係数、そしてほとんどの場合、ラテン文字「k」またはギリシャ文字「μ」で表されます。 それは、摩擦面の性質と処理の品質によって異なります。 さらに、摩擦係数は速度に依存します。 ただし、ほとんどの場合、この依存性は弱く表されるため、より高い測定精度が必要ない場合は、「k」は一定であると考えることができます。

一次近似として、滑り摩擦力の大きさは次の式を使用して計算できます。

どこ

滑り摩擦係数、

通常の地面反力。

相互作用の物理学によれば、摩擦は通常次のように分類されます。

• 乾燥すると、相互作用する固体が追加の層/潤滑剤によって分離されなくなりますが、これは実際には非常にまれなケースです。 乾式摩擦の特徴は、大きな静摩擦力が存在することです。
• 乾式潤滑剤（グラファイトパウダー）で乾燥
• 液体、さまざまな厚さの液体または気体（潤滑剤）の層によって分離された物体の相互作用中、通常、固体が液体に浸されているときの転がり摩擦中に発生します。
• 混合、接触領域に乾燥摩擦領域と液体摩擦領域が含まれる場合。
• 接触領域に異なる性質（酸化膜、液体など）の層や領域が含まれる可能性がある境界は、滑り摩擦の最も一般的なケースです。

摩擦相互作用領域で発生する物理化学的プロセスは複雑であるため、摩擦プロセスは基本的に古典力学の方法を使用して説明することはできません。

機械的プロセスでは、多かれ少なかれ、機械的運動から物質の他の運動形態への変換 (ほとんどの場合、熱的な運動への変換) が常に発生します。 後者の場合、物体間の相互作用は摩擦力と呼ばれます。

さまざまな接触面の状態で、接触しているさまざまな物体 (固体上の固体、液体または気体中の固体、気体中の液体など) の動きを実験したところ、接触している物体の相対運動中に摩擦力が発生し、その方向に摩擦力が発生することがわかりました。接触面の接線方向の相対速度ベクトルに対して。 この場合、相互作用体の加熱は常に発生します。

摩擦力は、接触する物体間の相対運動中に生じる接線方向の相互作用です。 さまざまな物体の相対運動中に発生する摩擦力は、外部摩擦力と呼ばれます。

摩擦力は、同じ体の各部分が相対的に動くときにも発生します。 同じ物体の層間の摩擦は内部摩擦と呼ばれます。

実際の動きでは、多かれ少なかれ摩擦力が常に発生します。 したがって、運動方程式を立てるときは、厳密に言えば、物体に作用する力の数に必ず摩擦力 F tr を導入する必要があります。

物体は、運動中に生じる摩擦力と外力が釣り合うと、均一かつ直線的に動きます。

物体に作用する摩擦力を測定するには、物体が加速せずに動くために物体に加えなければならない力を測定するだけで十分です。

摩擦（摩擦相互作用）は、物体の相対運動（変位）中、または気体または液体媒体中での物体の運動中の相互作用のプロセスです。

摩擦プロセスを研究する物理学の分野はと呼ばれます トライボロジー(摩擦相互作用の力学)。

摩擦は通常次のように分類されます。

• ドライ相互作用する固体が追加の層/潤滑剤 (固体潤滑剤を含む) によって分離されていない場合 - 実際には非常にまれなケースです。 乾式摩擦の特徴は、大きな静摩擦力が存在することです。
• 境界接触領域に異なる性質の層や領域（酸化膜、液体など）が含まれる場合 - 滑り摩擦の最も一般的なケース。
• 液体（粘性）は、さまざまな厚さの固体（グラファイト粉末）、液体、または気体（潤滑剤）の層によって分離された物体の相互作用中に発生します。通常、固体が液体に浸漬されているときの転がり摩擦中に発生します。粘性摩擦は媒体の粘度によって特徴付けられます。
• 混合された接触領域に乾燥摩擦領域と液体摩擦領域が含まれる場合。
• 弾性流体力学(粘弾性)、潤滑剤の内部摩擦が重要な場合。 相対移動速度が増加すると発生します。

摩擦力- これは物体の接触点で発生し、物体の相対運動を妨げる力です。

摩擦力の原因:

• 接触面の粗さ。
• これらの表面の分子の相互引力。

滑り摩擦– 接触/相互作用する物体のうちの 1 つが別の物体に対して並進運動するときに発生し、この物体にスライド方向と反対の方向に作用する力。

転がり摩擦– 接触/相互作用する 2 つの物体の一方が他方に対して回転するときに発生する力のモーメント。

静止摩擦– 接触する 2 つの物体の間に発生し、相対運動の発生を妨げる力。 接触する 2 つの物体を相対的に動かすには、この力に打ち勝つ必要があります。

摩擦力は通常の反作用の力に正比例します。つまり、物体が互いにどの程度強く押し付けられているか、およびその材質に依存します。したがって、摩擦の主な特性は次のとおりです。 摩擦係数、これは相互作用する物体の表面を構成する材料によって決まります。

着る– 摩擦による表面層の破壊（摩耗）による、製品の表面のサイズ、形状、質量または状態の変化。

機械の動作には部品の相対運動中に必然的に摩擦が伴うため、摩耗を完全になくすことは不可能です。 表面が直接接触している間の摩耗量は、摩擦力の働きに直接比例します。

磨耗はほこりや汚れによっても引き起こされるため、機器、特に摩擦部分を清潔に保つことが非常に重要です。

摩耗と摩擦に対処するために、一部の金属をより安定した他の金属に置き換え、摩擦面の熱的および化学的処理、精密機械加工を適用し、さらに金属をさまざまな代替品に置き換え、設計を変更し、潤滑を改善します（外観を変更し、添加物）など。

機械では、固体表面の直接の滑り摩擦を防止するために、潤滑剤の層で固体表面を分離するか (流体摩擦)、固体表面の間に追加の転がり要素を導入します (ボール ベアリングとローラー ベアリング)。

機械の摩擦部品を設計するための基本ルールは、高価で交換が難しい摩擦ペアの要素 (シャフト) はより硬く、より耐摩耗性の高い材料 (硬鋼) で作られ、より単純で安価で交換が容易であるということです。部品（ベアリングシェル）は、摩擦係数の低い比較的柔らかい材料（ブロンズ、バビット）で作られています。

ほとんどの機械部品は正確に摩耗が原因で故障するため、摩擦と摩耗を 5 ～ 10% 減らすだけでも大幅な節約が可能となり、これは非常に重要です。

リンク一覧

1. 摩擦 // ウィキペディア。 – http://ru.wikipedia.org/wiki/Friction。
2. ウェア（テクニック） // Wikipedia. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Wear_(機器)。
3. 機械の摩擦、機械工学における摩擦と摩耗 // Project-Tekhnar。 進歩的な自動車技術。 – http://www.studiplom.ru/Technology/Trenie.html。

コントロールのための質問

1. 摩擦とは何ですか？
2. 摩擦にはどのような種類があるのでしょうか?
3. 摩擦力は何が原因で起こるのでしょうか？
4. 摩擦は作用する力によってどのように分類されるのでしょうか?
5. 摩耗とは何ですか?またその対処方法は何ですか?

物でいっぱいの重いクローゼットを移動しようとすると、どういうわけか、すべてがそれほど単純ではなく、何かが明らかに物事を整理するという大義を妨げていることがすぐに明らかになります。

• そして、移動の障害となるのは、 摩擦力の仕事, これは7年生の物理コースで学習します。

私たちはあらゆる段階で摩擦に遭遇します。 言葉の文字通りの意味で。 摩擦がないと足を踏み出すことさえできない、というのがより正確でしょう。なぜなら、足を地面に維持するのは摩擦力だからです。

私たちの誰もが、非常に滑りやすい表面、つまり氷の上を歩くことがどのようなものであるかを知っていますが、このプロセスをそもそも歩くと呼ぶことができるかどうかは別です。 つまり、摩擦力の明らかな利点がすぐにわかります。 ただし、摩擦力の利点や害について話す前に、まず物理学における摩擦力とは何かを考えてみましょう。

物理学における摩擦力とその種類

2 つの物体の接触点で発生し、それらの相対運動を妨げる相互作用は摩擦と呼ばれます。 そして、この相互作用を特徴付ける力は摩擦力と呼ばれます。

• 摩擦には次の 3 種類があります。滑り摩擦、静止摩擦、転がり摩擦。

静止摩擦

私たちの場合、キャビネットを動かそうとしたとき、息を呑んだり、押したり、顔を赤らめたりしましたが、キャビネットは1インチも動きませんでした。 キャビネットを所定の位置に保持しているものは何ですか? 静摩擦力。 別の例として、ノートに手を置いてテーブルに沿って動かすと、ノートも同じ静摩擦力によって保持されたまま手と一緒に動きます。

静止摩擦壁に打ち込まれた釘を固定し、靴ひもが自然に解けるのを防ぎ、クローゼットを所定の位置に保持して、うっかり肩を預けて突然横になって昼寝をしている愛猫を轢いてしまうことのないようにします。クローゼットと壁の間は静かです。

滑り摩擦

ことわざのクローゼットに戻りましょう。 結局、私たちだけでは動かせないことが分かり、近所の人に助けを求めました。 結局、床全体を引っ掻き、汗をかき、猫を怖がらせましたが、それでもクローゼットから物を降ろすことができなかった後、猫を別の隅に移動しました。

塵の雲と壁紙で覆われていない壁以外に何を見つけたでしょうか? 静摩擦力を超える力を加えたとき、キャビネットはその場所から移動するだけでなく、(もちろん私たちの助けを借りて) 必要な場所までさらに移動し続けました。 そして、それを移動するために費やさなければならなかった労力は、旅全体を通じてほぼ同じでした。

• 今回の場合は妨害を受けました 滑り摩擦力。 滑り摩擦力は、静止摩擦力と同様に、加えられた力と反対の方向に作用します。

転がり摩擦

物体が面上を滑らずに転がる場合、接触点で生じる摩擦を転がり摩擦といいます。 回転するホイールが道路にわずかに押し付けられ、その前に小さなバンプが形成されるため、これを克服する必要があります。 これが転がり摩擦の原因となります。

路面が硬ければ硬いほど、転がり抵抗は少なくなります。 これが、高速道路での運転が砂浜での運転よりもはるかに簡単である理由です。 ほとんどの場合、転がり摩擦は滑り摩擦よりも大幅に小さくなります。 そのためホイールやベアリングなどが広く使われています。

摩擦力の原因

初め表面粗さです。 これは、床板や地球の表面を例にするとよくわかります。 氷や金属シートで覆われた屋根など、より滑らかな表面の場合、凹凸はほとんど見えませんが、凹凸がないわけではありません。 この凹凸や凹凸が互いにくっついて動きを妨げてしまいます。

2番目の理由摩擦物体の接触点に作用する分子間引力です。 ただし、2 番目の理由は主に、非常によく磨かれたボディの場合にのみ現れます。 基本的に、私たちは摩擦力の最初の原因を扱っています。 この場合、摩擦力を軽減するために潤滑剤が使用されることが多いです。

• ほとんどの場合液体である潤滑剤の層が摩擦面を分離し、液体の層が互いにこすり合うため、摩擦力は数分の1に小さくなります。

「摩擦力」をテーマにしたエッセイ

7年生の物理コースでは、学童に与えられます。 「摩擦力」というテーマでエッセイを書く課題。このトピックに関するエッセイの例は次のようなものになります。

「休暇中に電車で祖母に会いに行くことにしたとします。 そして彼らは、ちょうどこの時、何の理由もなく突然、摩擦力が消えたことを知りません。 床と脚の間に摩擦力がないため、私たちは目が覚め、ベッドから起き上がり、転倒します。

靴を履き始めても、摩擦がないために靴紐を結ぶことができません。 階段は一般的に難しく、エレベーターは機能しません。長い間地下にありました。 尾てい骨ですべての歩数を数え、なんとか這って停留所まで到着した後、新たな問題が発見されました。停留所にバスが1台も止まっていないということです。

私たちは奇跡的に電車に乗り込み、なんて美しいんだろうと思いました。ここは良いですね、燃料の消費も少なくて済みます。摩擦損失がゼロになるので、より早く到着できるでしょう。 しかし、ここに問題があります。車輪とレールの間には摩擦力がないため、列車が押し出すものは何もありません。 ですから、一般的に、摩擦の力なしにおばあちゃんのところに行くのは、どういうわけか運命ではありません。」

摩擦の利点と害

もちろん、これはファンタジーであり、歌詞の単純化に満ちています。 人生ではすべてが少し異なります。 しかし、実際には、摩擦力には明らかな欠点があり、それが私たちの生活に多くの困難をもたらしているという事実にもかかわらず、摩擦力が存在しなければ、さらに多くの問題が発生することは明らかです。 したがって、摩擦力の害と同じ摩擦力の利点の両方について話す必要があります。

摩擦力の有用な側面の例地面の上を歩くことができる、生地の糸が同じ摩擦力のおかげで所定の位置に保持されるため、服が着崩れしない、凍った路面に砂を注ぐことでトラクションが向上すると言えます。事故を避けるために。

まあ、そして 摩擦力による害それは、大きな荷物を動かすという問題、摩擦面の磨耗の問題、そして摩擦により遅かれ早かれあらゆる動きが停止し、一定の外部影響を必要とするため、永久機関を作成することが不可能であるということです。

人々は適応することを学び、 摩擦力を減らすか増やす、必要に応じて。 これらには、ホイール、潤滑、研ぎなどが含まれます。 例はたくさんありますが、摩擦が良いか悪いかを明確に言うことができないことは明らかです。 しかし、それは存在しており、私たちの課題はそれを人類の利益のために使用する方法を学ぶことです。

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