Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое трение в двигателе

Что такое трение в двигателе

Еще один вид сил, с которыми имеют дело в механике, — это силы трения.

Роль силы трения в природе и технике.

Роль силы трения в природе.

Посмотрите вокруг себя. Скажите, где вы наблюдали в природе проявление силы трения? Видите пи вы полезное действие сил трения?

У многих растений и животных имеются различные органы, служащие для хватания (усики растений, хобот слона, цепкие хвосты лазающих животных). Все они имеют шероховатую поверхность для увеличения силы трения.

Роль силы трения при начале движения

Значение сил трения можно проследить на примере движущегося автомобиля. Сила трения F1 действующая со стороны поверхности Земли на ведомые колеса, и сила сопротивления воздуха F2 направлены назад и способны только затормозить движение. Единственной внешней силой, способной увеличить скорость автомобиля, является сила трения F3, действующая на ведущие колеса. Если бы не было этой силы, автомобиль буксовал бы на месте, несмотря на вращение ведущих колес.

Точно так же сила трения, действующая на ступни ног, сообщает нашему телу ускорение, необходимое для того, чтобы начать движение или остановиться.

Работа двигателя, приводящего во вращение ведущие колеса, и усилия мышц ног вызывают появление сил трения.

Препятствуя проскальзыванию, сила трения совершает полезное дело, ускоряя машину или наше собственное тело. Но без усилия со стороны двигателя или мышц ног увеличение скорости за счет силы трения невозможно.

Таким образом, с одной стороны, нужно принимать все меры к уменьшению сил трения, препятствующих движению, смазывая трущиеся части двигателя и придавая машине форму, при которой сопротивление воздуха минимально, а с другой стороны, приходится увеличивать полезное трение, посыпая, к примеру, дорогу песком в гололед.

Роль силы трения в технике.

Зачем на губках тисков и плоскогубцев делают насечки? Для чего на автомобильных шинах делают рельефный рисунок (протектор)? В технике сила трения имеет большое значение. Во всех машинах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними вводят смазку. Чтобы уменьшить трение вращающихся валов машин и станков, используют подшипники. Подшипники бывают шариковые и роликовые. Простейший подшипник состоит из внешнего кольца и внутреннего кольца. Внутреннее кольцо изготавливают из твердой стали, насаживают на вал. Наружное кольцо закрепляют в корпусе машины. При вращении вала внутреннее кольцо катиться на шариках или роликах, находящихся между кольцами.

Из опыта известно, что всякое тело, движущееся по горизонтальной поверхности другого тела, при отсутствии действия на него других сил с течением времени замедляет свое движение и в конце концов останавливается. Это можно объяснить существованием силы трения, которая препятствует скольжению соприкасающихся тел друг относительно друга. Силы трения зависят от относительных скоростей тел. Силы трения могут быть разной природы, но в результате их действия механическая энергия всегда превращается во внутреннюю энергию соприкасающихся тел.Различают внешнее (сухое) и внутреннее (жидкое или вязкое) трение. Внешним трением называется трение, возникающее в плоскости касания двух соприкасающихся тел при их относительном перемещении.

Далее будем рассматривать внешнее трение.

Виды трения.

а) силу трения покоя — это та максимальная сила, которую надо приложить, чтобы сдвинуть тело с места;

б) силу трения скольжения — это та сила, которую надо преодолевать при скольжении одного тела по поверхности другого;

в) силу трения качения — это та сила, которую надо преодолевать при качении одного тела по поверхности другого.

1. Сила трения покоя.

Сила трения начинает действовать на тело, когда его пытаются сдвинуть с места. Попробуйте сдвинуть пальцем лежащую на столе толстую книгу. Книга будет оставаться на месте до тех пор, пока действующая на нее сила не достигнет определенного значения. Факт этот совершенно привычный, но, если вдуматься, достаточно странный и непонятный. Ведь что это значит? Вы приложили к книге некоторую силу, направленную, скажем, вдоль поверхности стола, а книга остается в покое. Следовательно, между книгой и поверхностью стола возникает сила, направленная против той силы, с которой вы действуете на книгу, и в точности равная ей по модулю. Вы с большей силой толкаете книгу, но она по-прежнему остается на месте. Значит, и сила F трения настолько же возрастает. Силу трения, действующую между двумя телами, неподвижными относительно друг друга, называют силой трения покоя.

Если внешняя сила F меньше произведения μN, то тело не будет сдвигаться — началу движения, как принято говорить, мешает сила трения покоя. Тело начнет движение только тогда, когда внешняя сила F превысит максимальное значение, которое может иметь сила трения покоя.

Читать еще:  111 двигатель мерседеса схема

Трение покоя – сила трения, препятствующая возникновению движению одного тела по поверхности другого.

Направление и точка приложения.

Она действует в направлении, противоположном направлению возможного относительного движения. Однако, при движении тела в жидкости или газе сила трения покоя равна нулю.

В 1779 году французский физик Кулон установил, от чего зависит максимальная сила трения покоя. Оказалось, что сила трения покоя зависит от того, с какой силой прижимаются друг к другу соприкасающиеся предметы. Также было установлено, что трение покоя зависит от материала соприкасающихся поверхностей.

Примером силы трения покоя может служить эскалатор со стоящим на нем человеком. Также эта сила проявляется в забитом в доску гвозде, завязанном банте или шнурке и т.д.

Максимальная сила трения покоя в простейшем приближении:

, μ где — коэффициент трения покоя, N — сила нормальной реакции опоры.

2. Сила трения скольжения

Если тело скользит по какой-либо поверхности, его движению препятствует сила трения скольжения.

Сила трения скольжения — силы, возникающие между соприкасающимися телами при их относительном движении.

Определяется сила трения по формуле: ,

Коэффициент μ зависит от материала и качества обработки соприкасающихся поверхностей и не зависит от веса тела. Коэффициент трения определяется опытным путем.

Направление и точка приложения. Сила трения скольжения всегда направлена противоположно движению тела. При изменении направления скорости изменяется и направление силы трения.

Сила приложена в точке соприкосновения двух поверхностей.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра.

3. Сила трения качения

Если тело не скользит, а катится по поверхности, то трение называется трением качения. При движении колес вагона, автомобиля, при перекатывании бревен или бочек по земле проявляется сила трения качения. Сила трения качения меньше силы трения скольжения.
Сила, возникающая при качении тела по поверхности без проскальзывания, называется силой трения качения.

Вывод: В некоторых случаях трение полезно (без трения невозможно было бы ходить по земле человеку, животным, двигаться автомобилям, поездам и т.д.), в таких случаях трение усиливают (посыпают дорожки песком – зимой). Но в других случаях трение вредно. Например, из-за него изнашиваются трущиеся детали механизмов, расходуется лишнее горючее на транспорте и т.д. Тогда с трением борются, применяя смазку («жидкостную или воздушную подушку») или заменяя скольжение на качение (поскольку трение качения характеризуется значительно меньшими силами, нежели трение скольжения).

Силы трения, в отличие от гравитационных сил и сил упругости, не зависят от координат относительного расположения тел, они могут зависеть от скорости относительного движения соприкасающихся тел. Силы трения являются внешними силами.

Контрольное задание.

1. Составить план обобщенного характера

План изучения величин: Сила трения

Виды трения и методы их снижения в двигателе и агрегатах трансмиссии

Различают следующие виды трения: жидкостное, при котором трущиеся поверхности полностью разделены слоем смазки (коренные шейки шатунного вала) сухое, когда между трущимися поверхностями смазка полностью отсутствует;(шина об поверхность дороги) граничное, при которой трущиеся поверхности разделены очень тонким слоем смазки.(шестерни коробки передач)

а) При сухом трении имеет место наибольшая скорость изнашивания. Здесь создаются условия для возникновения молекулярного взаимодействия и таких явлений, как повышение температуры, концентрация давлений на отдельных участках, что ускоряет процесс разрушения поверхностных слоев. В общем случае, при работе деталей автомобиля, стремятся избежать сухого трения. В ряде случаев, там, где требуется передача усилий, наоборот используют сухое трение (например: сцепление, тормоза).

б) При жидкостном трении наблюдается наименьшая скорость изнашивания. Слой смазки устраняет непосредственный контакт двух поверхностей, благодаря чему не только значительно уменьшаются силы трения, но создаются условия для устранения или резкого уменьшения износа поверхностей.

в) Граничное трение наиболее характерно для большинства узлов трения в конструкции автомобиля. В этом случае на трение и износ оказывают влияние как характеристики сопряженных материалов, так и свойства смазочного слоя. Износ может происходить при локальных разрывах масляной пленки и при передаче усилий через эту пленку, которая играет роль эластичной прокладки и обладает некоторыми свойствами квазитвердого тела.

Очевидно, совсем «убрать» трение из двигателя невозможно. Более того, даже значительно снизить его величину оказывается достаточно большой проблемой. Хотя, если не торопиться, кое-что все-таки можно сделать.

А где и когда закладывается тот уровень потерь на трение, который двигатель конкретного автомобиля бесполезно «перегоняет» в тепло и в конечном счете рассеивает в окружающую среду? Не ошибемся, если скажем: еще при разработке двигателя. Действительно, от того, насколько грамотно сконструирован мотор, зависят его параметры, включая уровень потерь.

Еще один относительно новый способ снижения трения — нанесение на юбку поршня специального антифрикционного покрытия (чаще используют графит, реже — дисульфид молибдена). Такое покрытие хорошо работает в режиме так называемого полужидкостного трения, когда происходит соприкосновение поверхностей по вершинам микронеровностей.

Читать еще:  Что такое выбег синхронного двигателя

Конструкторы не обошли вниманием и подшипники. На смену широким шейкам и таким же вкладышам коленчатого вала пришли узкие — ширина подшипников на некоторых двигателях уменьшилась до 15-17 мм, что заметно снизило потери на трение.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.001 с) .

Что это — трение в физике?

Что такое трение? Каково значение данной физической величины? В окружающем мире есть много интересных физических явлений: молния, снег, град, гром. А что такое трение? Проанализируем особенности данного процесса, области его применения.

Примеры возникновения

Если разбежаться, можно по ледяной тропинке прокатиться на определенную длину. На асфальтовом покрытии подобная ситуация невозможна. В чем причина такого отличия? Определяет такую разницу трение. Физика детально рассматривает все причины возникновения этой силы.

Характеристика

Сила трения движения возникает при соприкосновении двух тел. Одно из них будет препятствовать передвижению второго, эта сила и является силой трения. Существует несколько вариантов таких сил, возникающих при определенных условиях.

Разновидности трения

Если необходимо сдвинуть с места тяжелый шкаф, сделать это одному человеку достаточно проблематично. Необходимо увеличить «сдвигающую» силу. При этом будет возрастать и сила трения покоя. Ее направление противоположно движению передвигаемого шкафа.

В тот момент, когда сила тяги приобретает величину большую, чем трение покоя, шкаф меняет свое местоположение. В этот момент появляется другая сила трения. Ускорение, которым обладает трение движения, определяет характер перемещения. Если она преобладает над силой тяги, в таком случае сложно будет вести речь о быстром передвижении.

Иногда на автомобильных дорогах возникают ситуации, при которых несколько человек пытаются передвигать заглохшее транспортное средство. Во время толкания автомобиля они используют силу трения качения. Во время перекатывания тела по поверхности дороги возникает ускорение.

Коэффициент трения в этом случае зависит от рисунка на шинах, состояния дорожного полотна, погодных условий.

Если по поверхности будет передвигаться круглый шарик, трение имеет незначительную величину. Данное явление широко используют в повседневной жизни. Массивную мебель оснащают специальными колесиками, позволяющими (в случае необходимости) передвигать ее с одного участка помещения на другой.

Особенности силы

Что такое трение? Это сила, направленная противоположно движению тела. Данная физическая величина способствует уменьшению скорости тела. Если бы не было данной силы, можно было бы передвигаться на роликах или велосипеде, не прилагая для этого усилий. Именно существование силы трения объясняет передвижение транспортного средства на некоторое расстояние уже после того, как был заглушен двигатель. Основными видами трения являются: качение, скольжение, покой.

Природа трения

Рассуждая над тем, что такое трение, необходимо выявить природу возникновения данной силы. При наличии гладкой поверхности, например льда либо полированного стола, увидеть незначительные шероховатости можно только с помощью лупы или микроскопа. Именно за них будет «цепляться» тело, передвигающееся по поверхности. Так как определенные неровности есть и у самого движущегося объекта, возникает соприкосновение между поверхностями.

Сначала тела притягиваются друг к другу, но по мере удаления движущегося предмета сцепление разрушается. В результате возникает колебание атомов, освободившихся от взаимного притяжения. Аналогично можно описать и состояние растягиваемой пружины.

При трении наблюдается повышение температуры, то есть выделяется определенное количество тепла.

Причины возникновения трения

Возникает данная сила при наличии на поверхности соприкосновения двух тел неровностей, а также из-за силы межмолекулярного взаимодействия.

Зависит сила трения от материала, из которого изготовлены соприкасающиеся поверхности, вес взаимодействующих объектов. Для математического вычисления данной физической величины существует специальная формула, связывающая силу трения с силой, действующей на опору, а также с коэффициентом трения.

Он отражает зависимость величины искомой силы от выбранного материала, а также от качества его обработки. Единица реакции опоры при передвижении тела по горизонтальной поверхности равна его весу. В случае наклонной плоскости ее величина уменьшается, поэтому с крутой горы на лыжах (санках) можно укатиться на весьма внушительное расстояние.

Данная сила совершает определенную работу. Если тело будет перемещаться, обязательным условием является совершение работы. Сила трения старается препятствовать передвижению предмета по поверхности. Именно поэтому у работы, совершаемой ею, отрицательное значение.

Применение трения

Человека в его повседневной жизни всегда сопровождает сила трения. Она способна оказывать как положительное, так и отрицательное действие. Например, если бы не существовало подобной силы в природе, тела бы сползали вниз, транспорт распадался на отдельные детали.

Трудно бы было завязать шнурки на ботинках, удержать на постоянном месте предметы интерьера. Человек при отсутствии трения не смог бы сделать даже одного шага. Для того чтобы решить подобную проблему, во время сильного гололеда стараются посыпать дорожки толстым слоем песка. Увеличивая шероховатость поверхности, увеличивают и силу трения, помогая людям без проблем передвигаться по скользким участкам дороги или тротуара.

Читать еще:  1p39qmb двигатель технические характеристики

Но помимо положительного эффекта, трение часто проявляет и отрицательные свойства. Люди умеют увеличивать и уменьшать его величину, получая для себя максимальную пользу. К примеру, чтобы с одного места на другое перенести тяжелый груз, используют колесики. Для того чтобы превратить скольжение в качение, например, увеличивают шероховатость поверхности.

В зависимости от того, какой рисунок был нанесен на шины, они используются для передвижения транспортного средства по разным участкам дороги.

Резина имеет черный цвет, так как в ее состав входит уголь. Он необходим для придания шинам прочности, необходимой жесткости, увеличения трения о поверхность дороги. При правильном расчете силы трения можно получать желаемый результат.

Вязкое трение и сопротивление среды

Отличие вязкого трения от сухого заключается в том, что оно способно обращаться в ноль одновременно со скоростью. Даже при малой внешней силе может быть сообщена относительная скорость слоям вязкой среды.

Сила сопротивления при движении в вязкой среде

Кроме сил трения при движении в жидких и газообразных средах возникают силы сопротивления среды, которые проявляются намного значительней, чем силы трения.

Поведение жидкости и газа по отношению к проявлениям сил трения не отличаются. Поэтому, приведенные ниже характеристики, относят к обоим состояниям.

Действие силы сопротивления, возникающей при движении тела в вязкой среде, обусловлено ее свойствами:

  • отсутствие трения покоя, то есть передвижение плавающего многотонного корабля при помощи каната;
  • зависимость силы сопротивления от формы движущегося тела, иначе говоря, от ее обтекаемости для уменьшения сил сопротивления;
  • зависимость абсолютной величины силы сопротивления от скорости.

Сила вязкого трения

Существуют определенные закономерности, которым подчинены и силы трения и сопротивления среды с условным обозначением суммарной силы силой трения. Ее величина находится в зависимости от:

  • формы и размеров тела;
  • состояния его поверхности;
  • скорости относительно среды и ее свойства, называемого вязкостью.

Для изображения зависимости силы трения от скорости тела по отношению к среде используют график рисунка 1 .

Рисунок 1 . График зависимости силы трения от скорости по отношению к среде

Если значение скорости мало, то сила сопротивления прямо пропорциональна относительно υ , а сила трения линейно увеличивается со скоростью:

F т р = — k 1 υ ( 1 ) .

Наличие минуса означает направление силы трения в противоположную сторону относительно направления скорости.

При большом значении скорости происходит переход линейного закона в квадратичный, то есть рост силы трения пропорционально квадрату скорости:

F т р = — k 2 υ 2 ( 2 ) .

Если в воздухе уменьшается зависимость силы сопротивления от квадрата скорости, говорят о скоростях со значениями нескольких метров в секунду.

Величина коэффициентов трения k 1 и k 2 находится в зависимости от формы, размера и состояния поверхности тела и вязких свойств среды.

Если рассматривать затяжной прыжок парашютиста, то его скорость не может постоянно увеличиваться, в определенный момент начнется ее спад, при котором сила сопротивления приравняется к силе тяжести.

Значение скорости, при котором закон ( 1 ) производит переход в ( 2 ) , зависит от тех же причин.

Происходит падение двух различных по массе металлических шариков с одной и той же высоты с отсутствующей начальной скоростью. Какой из шаров упадет быстрее?

Дано: m 1 , m 2 , m 1 > m 2

Решение

Во время падения оба тела набирают скорость. В определенный момент движение вниз производится с установившейся скоростью, при которой значение силы сопротивления ( 2 ) приравнивается силе тяжести:

F т р = k 2 υ 2 = m g .

Получаем установившуюся скорость по формуле:

Следовательно, тяжелый шарик обладает большей установившейся скоростью падения, чем легкий. Поэтому достижение земной поверхности произойдет быстрее.

Ответ: тяжелый шарик быстрее достигнет земли.

Парашютист летит со скоростью 35 м / с до раскрытия парашюта, а после – со скоростью 8 м / с . Определить силу натяжения строп при раскрытии парашюта. Масса парашютиста 65 к г , ускорение свободного падения 10 м / с 2 . Обозначить пропорциональность F т р относительно υ .

Дано: m 1 = 65 к г , υ 1 = 35 м / с , υ 2 = 8 м / с .

Найти: T — ?

Решение

Перед раскрытием парашютист обладал скоростью υ 1 = 35 м / с , то есть его ускорение было равным нулю.

По второму закону Ньютона получаем:

После того, как парашют раскрылся, его υ меняется и становится равной υ 2 = 8 м / с . Отсюда второй закон Ньютона примет вид:

0 — m g — k υ 2 — T .

Для нахождения силы натяжения строп необходимо преобразовать формулу и подставить значения:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector