Трением называется известный всем процесс механического взаимодействия предметов, находящихся в контакте друг с другом, он бывает внешним и внутренним. Внешний процесс происходит при относительном перемещении тел в плоскости касания. То есть, если взять один предмет и начать скользить им по поверхности другого. Внутренняя (вязкая) разновидность процесса появляется при смещении друг относительно друга параллельных слоёв жидкости, газообразного или твёрдого тела, подвергнутого деформации. Таким образом, слои любого материала, находящегося в газовой или жидкостной фазе, также трутся между собой.
Рассматриваемый коэффициент относится к понятию внешнего трения. Это взаимодействие и возникающие при нем силы изучаются в разделе физики под сложным названием механика фрикционного взаимодействия или трибология.
Разновидности сил
Силовые векторы, возникающие в случае соприкосновения тел в твердом, жидком или газообразном агрегатных состояниях работают в соответствии с законами Ньютона. Сила трения по этим законам направлена в противоположную движению сторону. Так же ее вектор противоположен направлению сил, стремящимся привести предмет в движение.
Урок 39 (осн). Сила трения. Коэффициент трения
Рис.1. Векторы сил при трении
Таким образом, можно утверждать, что в случае движения касающихся тел, одного относительно другого, происходит взаимодействие, известное как трение скольжения. Этот процесс сопровождается возникновением определенного усилия – силы трения скольжения. Соответственно при ее численном описании применяется коэффициент трения скольжения.
Упрощенно значение описанных выше сил при скольжении рассчитывается по формуле:
Fтр = k * N, в которой
k — описанный выше коэфф-т,
N — сила нормальной реакции опоры.
Другая разновидность рассматриваемого процесса – трение качения. Сила такого взаимодействия тел находится по следующей формуле:
Fтр= Ктр *(Fn/r), где Ктр — коэфф-т трения, Fn — прижимающая сила, r — радиус катящегося предмета.
Для примера значения коэффициента при качении пневматической шины по асфальту варьируется от 0,006 до 0,02.
Коэффициент трения скольжения
Величина, применяемая к паре материалов и характеризующая поверхности при их скольжении друг относительно друга, называется коэффициентом трения скольжения. Эта постоянная для каждых двух материалов обозначается буквой μ и определяется опытным путём.
Коэффициент трения этого типа зависит от свойств материалов, качества поверхности, наличия смазок и т.д. Массы тел на его значение не влияют. Примечательно, что значение коэффициента находится в незначительной зависимости и от скорости перемещения тел. Несмотря на это, обычно до простоты расчетов его значение считают постоянной величиной.
Численные значения данного коэффициента трения для некоторых пар материалов.
Коэффициент трения
— Каучук по металлу – от 0,55 до 0,8.
— Фторопласт по нержавеющей стали – от 0,064 до 0,080.
— Фторопласт-4 по фторопласту – от 0,052 до 0,086.
Таким образом можно вывести, что из представленных материалов именно фторопласты «трутся» друг о друга с наименьшими потерями, то есть скользят, особенно друг по другу, лучше всего. Прочие полимеры и особенно резины, как видно из представленных данных, скользят даже по металлу гораздо хуже. Коэффициенты таких пар материалов близок к единице.
Источник: e-plastic.ru
Коэффициент трения и ситуации, в которых он возникает
Что такое коэффициент трения в физике и с чем он связан? Как вычисляют эту величину? Чему численно равен коэффициент трения? На эти и некоторые другие вопросы, которые затрагивает основная тема, мы дадим ответы в ходе статьи. Конечно же, разберем и конкретные примеры, где мы сталкиваемся с явлением, в котором фигурирует коэффициент трения.
Что такое трение?
Трение – один из видов взаимодействий, происходящих между материальными телами. Возникает процесс трения между двумя телами при их соприкосновении той или иной площадью поверхности. Как и многие прочие виды взаимодействия, трение существует исключительно с оглядкой на третий закон Ньютона. Как это получается на практике? Возьмем два абсолютно любых тела.
Пускай это будут два деревянных бруска средних размеров.
Начнем проводить их друг мимо друга, осуществляя соприкосновении по площадям. Вы заметите, что перемещать их относительно друг друга станет заметно сложнее, чем просто перемещать их в воздухе. Здесь как раз свою роль начинает играть коэффициент трения.
В данном случае мы абсолютно спокойно можем говорить о том, что сила трения может быть описана третьим законом Ньютона: она, приложенная к первому телу, будет равна численно (по модулю, как любят говорить в физике) такой же силе трения, приложенной ко второму телу. Но не будем забывать, что в третьем законе Ньютона есть минус, говорящий о том, что силы хоть и равны между собой по модулю, но направлены в разные стороны. Таким образом, сила трения – векторная.
Природа силы трения
Как и упругие силы, сила трения имеет электромагнитную природу. Вследствие чего же она возникает? Все дело в том, что атомы и молекулы тел, которые претерпевают соприкосновение, начинают взаимодействовать друг с другом.
Сила сухого трения
Это сила, которая возникает при контакте двух или более твердых тел. При этом обязательным условием будет отсутствие между этими телами газообразной и жидкой прослойки. Сила сухого трения во всех случаях направлена по касательной линии, проведенной к соприкасающимся площадям.
Одна из разновидностей такого процесса – трение покоя. Оно возникает даже в том случае, если тела покоятся друг относительно друга. Определяется такое трение как величина силы, приложенной извне. В данном случае сила должна быть направлена в противоположную сторону.
Ограничение силы трения покоя
Соответствующая сила всегда имеет некоторое максимальное (граничное) значение. Если внешняя сила становится по модулю еще больше и, в конце концов, превосходит это максимальное значение, между телами мы сможем наблюдать проскальзывание. То есть тело придет в движение. Это явление также можно связать со вторым законом Ньютона, который рассказывает о сумме сил, их компенсации и, как о результате всего этого, равноускоренном движении тела.
Сила трения скольжения
Раньше было сказано о том, что если внешняя сила превосходит определенное максимальное значение, допустимое для соответствующей системы, то тела, входящие в такую систему, придут в движение относительно друг друга. Будет ли двигаться одно тело или два, или больше – все это неважно. Важно то, что в этом случае возникает сила трения скольжения.
Если говорить о ее направлении, то направлена она в сторону, которая противоположна направлению скольжения (или движения). Зависит она от того, какую относительную скорость имеют тела. Но это если вдаваться в разного рода физические нюансы.
Необходимо заметить, что в большинстве случаев принято считать силу трения скольжения независимой от скорости одного тела относительно другого. Она также никак не связана с максимальным значением силы трения покоя. Огромное количество физических задач решаются именно при помощи применения аналогичной модели поведения, что позволяет существенно облегчить процесс решения.
Что такое коэффициент трения скольжения?
Это есть не что иное, как коэффициент пропорциональности, который присутствует в формуле, описывающей процесс приложения силы трения к тому или иному телу. Коэффициент – это безразмерная величина. Иными словами, он выражается исключительно числами. Он не измеряется в килограммах, метрах или еще чем-то. Практически во всех случаях коэффициент трения численно меньше единицы.
От чего он зависит?
Зависит коэффициент трения скольжения от двух факторов: от того, из какого материала изготовлены тела, которые претерпевают соприкосновение, а также от того, как обработана их поверхность. Она может быть рельефной, гладкой, а также на нее может быть нанесено какое-то специальное вещество, которое будет или снижать, или повышать трение.
Как направлена сила трения?
Она направлена в сторону, которая противоположна направлению движения двух или более соприкасающихся тел. Вектор направления прикладывается по касательной линии.
Если контакт происходит между твердым телом и жидкостью
В том случае, если происходит соприкосновение твердого тела с жидкостью (или некоторым объемом газа), мы можем говорить о возникновении силы так называемого вязкого трения. Она, конечно же, численно будет значительно меньше, чем сила сухого трения. Но направление ее (вектор действия) сохраняется тем же. В случае вязкого трения о покое говорить не приходится.
Связана соответствующая сила со скоростью тела. Если скорость маленькая, то сила будет пропорциональна скорости. Если высокая, то она будет пропорциональна уже квадрату скорости. Коэффициент пропорциональности будет неразрывно связан с тем, какую форму имеют тела, между которыми происходит соприкосновение.
Другие случаи возникновения силы трения
Имеет место данный процесс и при качении какого-либо тела. Но обычно им в задачах пренебрегают, так как сила трения качения весьма и весьма мала. Это, на самом деле, упрощает процесс решения соответствующих задач, хотя при этом сохраняется достаточная степень точности итогового ответа.
Внутреннее трение
Этот процесс также называется в физике альтернативным словом “вязкость”. На самом деле он представляет собой ответвление явлений переноса. Свойственен этот процесс текучим телам. Причем речь идет не только о жидкостях, но и о газообразных веществах. Свойство вязкости заключается в оказании сопротивления при переносе одной части вещества относительно другой.
При этом логично совершается работа, необходимая на перемещение частиц. Но она рассеивается в окружающем пространстве в виде тепла.
Закон, определяющий силу вязкого трения, был предложен еще Исааком Ньютоном. Произошло это в 1687 году. Закон и по сегодняшний день носит имя великого ученого. Но все это было только в теории, а экспериментальное подтверждение удалось получить только в начале 19-го века. Соответствующие опыты ставились Кулоном, Хагеном и Пуазейлем.
Итак, сила вязкого трения, которая оказывает на жидкость воздействие, пропорциональна относительной скорости слоев, а также площади. В то же время она обратно пропорциональна тому расстоянию, на котором располагаются слои относительно друг друга. Коэффициент внутреннего трения — это коэффициент пропорциональности, который в данном случае определяется сортом газа или жидкого вещества.
Аналогичным образом будет определяться и другой коэффициент, который имеет место в ситуациях с относительным движением двух течений. Это, соответственно, коэффициент гидравлического трения.
Источник: www.syl.ru
Скользкость, методы определения
В новом ГОСТ Р 57141-2016 «Плиты керамические (керамогранитные). Технические условия», который вступил в силу с 01 марта 2017г. для керамогранитных плит появился новый контролируемый физико-механический показатель – скользкость (п 5.1.3.3). Значение данного показателя должно быть не менее 0,35 для глазурованных и неглазурованных плит, правда в примечаниях сказано, что «…Скользкость определяют по требованию потребителя для полированных плит, предназначенных для устройства полов…». Измерять, а вернее производить оценку скользкости предложено по ГОСТ Р 55908-2013 «Полы. Метод оценки скользкости покрытия».
Так что же такое скользкость и как ее измеряют?
В Европейском союзе определение данного показателя регламентируется стандартом EN ISO 10545 — 17 «Керамическая плитка. Определение коэффициента трения.» данный стандарт определяет четыре основных метода определения коэффициента трения.
Метод А: при помощи этого метода, разработанного англичанами (BCR– Tortus), измеряется коэффициент динамического трения с использованием переносного подвижного оборудования. Данный аппарат снабжен электродвигателем, который позволяет ему перемещаться с постоянной скоростью по испытуемой поверхности напольной плитки. Измеряется коэффициент трения, которое образуется между плиткой и находящимся с ней в соприкосновении скользящим телом, поверхность которого покрыта стандартизированной резиной (4S) и нагружена предварительно рассчитанным весом. Коэффициент динамического трения (как средний, так и точный) определяется при любом состоянии поверхности (сухая, влажная от воды и т. д.). Данный метод может применяться как в лабораторных, так и в реальных условиях.
Метод В: этот метод, разработанный в США (ASTM C1028), позволяет производить измерение коэффициента статического трения при помощи оборудования, снабженного 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. Этот метод также может применяться как в лабораторных, так и в реальных условиях.
Метод С: данный метод заимствован из немецкого стандарта DIN 51130 и состоит в следующем. Человек прохаживается взад и перед 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. Испытания проводятся после нанесения маслянистого слоя на испытуемую поверхность, а участник испытания надевает рабочую обувь со стандартной подошвой. Данное испытание может проводиться только в лабораторных условиях.
Метод D: 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 тоже может проводиться только в лабораторных условиях.
Но чаще всего применяется немецкая классификация, определяющая, насколько велика вероятность скольжения в помещениях, где есть возможность поскользнуться (где присутствуют вода, смазочные вещества, жир и т.п.). Противоскользящий керамогранит обязан пройти испытание, в соответствии с немецкими стандартами (нормами) DIN 51130 (известный как R оценка) или DIN 51097, называемые также «методами наклонной плоскости».
Для помещений, где перемещаются люди в обуви используется DIN 51130 «Покрытия полов. Испытания. Определение противоскользящих свойств. Покрытия полов в рабочих помещениях и зонах. Испытание на скольжение при хождении по наклонной плоскости с повышенной степенью скольжения»
Испытуемый образец, противоскользящий керамогранит, укладывается на платформу с регулируемым наклоном, на которую наносят слой машинного масла. Оператор в стандартной обуви двигается по поверхности — при этом наклон испытательного участка увеличивается с постоянной скоростью до достижения угла, при котором оператор начинает скользить. Наклон, при котором противоскользящий керамогранит не удерживает человека от скольжения, регистрируется и усредняется в течение нескольких испытаний.
По результатам испытаний установлена следующая классификация поверхности по противоскользящим свойствам, по которой классифицируют полы.
Показатель трения
Угол наклона α, °
R9
Холлы, общественные и домашние пункты питания; лечебные и аптечные учреждения, лаборатории; парикмахерские, прачечные и химчистки; помещения классов и рекреационных хон в дошкольных и образовательных учреждениях; комнаты для переодевания; зоны прохождения босых людей и т.д.
R10
Зоны уличной торговли; склады продуктов питания; склады открытые; гаражи и автостоянки; кухонные зоны общепита; производственные помещения с ручным трудом; проходные; туалеты и т.д.
R11
Помещения для производства, хранения и упаковки сырья и продуктов, содержащих растительные и животные жиры, фруктовых соков; для мясопереработки; цветочные магазины; автостоянки и подземные гаражи, в которые могут проникать осадки; прачечные; красильни и т.д.
R12
Производство и упаковка молочных продуктов, животных и растительных масел, жидких,пищевых субстанции; открытые погрузочно-разгрузочные платформы; автостоянки пожарных служб; АЗС предприятий и т.д.
R13
Специализированные зоны промышленных предприятий
Для полов в зонах повышенной влажности, где ходят босыми ногами измерения проводятся по DIN 51097 «Покрытия полов в банях, санитарных и туалетных помещениях. Испытания на скольжение при хождении босиком по влажной наклонной плоскости». Классификация полов, предназначенных для влажных помещений, где ходят босиком, содержит группы: A; B (A+B); C (A+B+C).
Группа оценки
Угол наклона α, °
А
Сухие коридоры, комнаты для переодевания, зоны прохождения босых людей, сауны и зоны отдыха и т.д.
В
(А+В)
Душевые помещения, борта бассейнов, лестницы в бассейн, зоны вокруг бассейна и т.д.
С
(А+В+С)
Борта бассейнов с уклоном, подводные лестницы, бассейны со сквозными проходами и т.д.
В России существует Свод Правил «СП 29.13330.2011. Свод правил. Полы. Актуализированная редакция СНиП 2.03.13-88», в котором пунктом 5.25 вводится понятие «скользкость пола» и определены нормы допускаемого коэффициента трения..
Допускаемый коэффициент трения
Условия передвижения людей
В обуви по сухим покрытиям полов в жилых, общественных и производственных помещениях
В обуви по влажным покрытиям полов
В обуви по замасленным покрытиям полов
В обуви по сухим покрытиям полов в спортивных залах
Босыми ногами по влажным покрытиям полов в комнатах для переобувания
Босыми ногами по влажным покрытиям полов в душевых, помещениях и бассейнах
Босыми ногами по подводным лестницам
Для оценки этого показателя ЦНИИПромзданий разработал ГОСТ Р 55908—2013 «ПОЛЫ. Метод оценки скользкости покрытия», который с 2014 г. введён в действие.
По российской методике определяют расчётную величину статического коэффициента трения скольжения, исходя из измерения угла скольжения рабочего эталона подошвы обуви или рабочего эталона подошвы ноги человека по испытываемому образцу покрытия пола, и расчётную величину динамического коэффициента трения, исходя из определении силы трения при горизонтальном перемещении рабочего эталона подошвы обуви или рабочего эталона подошвы ноги человека по испытываемому образцу покрытия.
Покрытие считается безопасным для перемещения человека при условии, что величина допускаемого коэффициента трения выше величины допускаемого значения коэффициента трения в конкретной области применения покрытия.
Наша лаборатория имеет стенд, соответствующий требованиям ГОСТ Р 55908—2013 и определяет показатель скользкости для керамогранита по данной методике.
Источник: accept-lab.ru