Ang kasalukuyang kalagayan ng teknolohiya ay magmumukhang ganap na kakaiba kung ang sangkatauhan sa malayong nakaraan ay hindi natutong gumamit ng puwersa ng rolling friction para sa sarili nitong kapakinabangan. Ano ito, bakit ito lumilitaw at kung paano ito makalkula, ang mga isyung ito ay tinalakay sa artikulo.
Ano ang rolling friction?
Sa ilalim nito ay nauunawaan ang pisikal na puwersa na lumilitaw sa lahat ng pagkakataon kapag ang isang bagay ay hindi dumudulas, ngunit gumulong sa ibabaw ng isa pa. Ang mga halimbawa ng rolling friction force ay ang pagmamaneho ng gulong ng cart na kahoy sa maruming kalsada o pagmamaneho ng gulong ng kotse sa asp alto, rolling metal ball at needle bearings sa steel axle, paglipat ng paint roller sa dingding, at iba pa.
Hindi tulad ng mga puwersa ng static at sliding friction, na sanhi ng mga interaksyon sa atomic level ng magaspang na ibabaw ng katawan at ibabaw, ang sanhi ng rolling friction ay ang deformation hysteresis.
Ipaliwanag natin ang pinangalanang katotohanan sa halimbawa ng isang gulong. Pagdating sa contact saganap na anumang solidong ibabaw, pagkatapos ay sa contact zone mayroong microdeformation nito sa nababanat na rehiyon. Sa sandaling lumiko ang gulong sa isang tiyak na anggulo, mawawala ang nababanat na pagpapapangit na ito, at ibabalik ng katawan ang hugis nito. Gayunpaman, bilang isang resulta ng pag-ikot ng gulong, ang mga cycle ng compression at pagbawi ng hugis ay paulit-ulit, na sinamahan ng pagkawala ng enerhiya at microscopic disturbances sa istraktura ng mga layer ng ibabaw ng gulong. Ang pagkawalang ito ay tinatawag na hysteresis. Kapag gumagalaw, ipinapakita nila ang kanilang mga sarili sa paglitaw ng isang umiikot na puwersa ng friction.
Rolling of non-deformable bodies
Ating isaalang-alang ang perpektong kaso kapag ang gulong, na gumagalaw sa isang ganap na solidong ibabaw, ay hindi nakakaranas ng mga microdeformation. Sa kasong ito, ang zone ng pakikipag-ugnay nito sa ibabaw ay tumutugma sa isang tuwid na segment, ang lugar kung saan ay katumbas ng zero.
Kapag gumagalaw, apat na puwersa ang kumikilos sa manibela. Ito ang traction force F, support reaction force N, wheel weight P at friction fr. Ang unang tatlong pwersa ay sentral sa kalikasan (kumikilos sa gitna ng masa ng gulong), kaya hindi sila lumilikha ng metalikang kuwintas. Ang puwersa na fr ay kumikilos nang tangential sa gilid ng gulong. Ang rolling friction moment ay:
M=frr.
Dito, ang radius ng gulong ay ipinapahiwatig ng letrang r.
Ang pwersa N at P ay kumikilos nang patayo, samakatuwid, sa kaso ng pare-parehong paggalaw, ang friction force fray magiging katumbas ng thrust force F:
F=fr.
Anumang walang katapusang maliit na puwersa F ay magagawang pagtagumpayan fr at ang gulong ay magsisimulang gumalaw. Itoang konklusyon ay humahantong sa katotohanan na sa kaso ng isang non-deformable wheel, ang rolling friction force ay zero.
Rolling of deformable (real) bodies
Sa kaso ng mga totoong katawan, bilang resulta ng pagpapapangit ng gulong, ang lugar ng suporta nito sa ibabaw ay hindi katumbas ng zero. Bilang unang pagtataya, ito ay isang parihaba, na may mga gilid l at 2d. Kung saan ang l ay ang lapad ng gulong, na hindi gaanong interesado sa amin. Ang hitsura ng rolling friction force ay dahil mismo sa value na 2d.
Tulad ng kaso ng isang non-deformable na gulong, ang apat na puwersang nabanggit sa itaas ay kumikilos din sa isang tunay na bagay. Ang lahat ng mga ugnayan sa pagitan ng mga ito ay napanatili maliban sa isa: ang puwersa ng reaksyon ng suporta bilang isang resulta ng pagpapapangit ay hindi kikilos sa pamamagitan ng ehe sa gulong, ngunit maililipat kaugnay nito sa isang distansya d, iyon ay, ito ay makikibahagi. sa paglikha ng metalikang kuwintas. Ang formula para sa sandaling M sa kaso ng isang tunay na gulong ay nasa anyo:
M=Nd - frr.
Ang pagkakapantay-pantay sa zero ng halagang M ay ang kundisyon para sa pare-parehong pag-ikot ng gulong. Bilang resulta, nakarating tayo sa pagkakapantay-pantay:
fr=d/rN.
Dahil ang N ay katumbas ng bigat ng katawan, nakukuha natin ang pangwakas na formula para sa rolling friction force:
fr=d/rP.
Naglalaman ang expression na ito ng kapaki-pakinabang na resulta: habang tumataas ang radius r ng gulong, friction force fr.
Rolling resistance coefficient at rolling coefficient
Hindi tulad ng friction forces ng rest at sliding, ang rolling ay nailalarawan ng dalawang magkaparehong umaasacoefficients. Ang una sa mga ito ay ang halaga ng d na inilarawan sa itaas. Tinatawag itong rolling resistance coefficient dahil mas malaki ang halaga nito, mas malaki ang puwersa fr. Para sa mga gulong ng tren, sasakyan, metal bearings, ang halaga ng d ay nasa ikasampu ng isang milimetro.
Ang pangalawang coefficient ay ang rolling coefficient mismo. Ito ay isang walang sukat na dami at katumbas ng:
Cr=d/r.
Sa maraming mga talahanayan, ang halagang ito ay ibinibigay, dahil ito ay mas maginhawang gamitin para sa paglutas ng mga praktikal na problema kaysa sa halaga ng d. Sa karamihan ng mga praktikal na kaso, ang halaga ng Cr ay hindi lalampas sa ilang daan (0.01-0.06).
Rolling condition para sa mga totoong katawan
Sa itaas ay nakuha namin ang formula para sa puwersa fr. Isulat natin ito sa pamamagitan ng coefficient Cr:
fr=CrP.
Makikita na ang hugis nito ay katulad ng sa puwersa ng static friction, kung saan sa halip na Cr, ang value na µ ang ginagamit - ang coefficient ng static friction.
AngDraft force F ay magiging dahilan upang gumulong lamang ang gulong kung ito ay mas malaki kaysa sa fr. Gayunpaman, ang thrust F ay maaari ring humantong sa pagdulas kung ito ay lumampas sa kaukulang rest force. Kaya, ang kundisyon para sa paggulong ng mga totoong katawan ay ang puwersa fr ay mas mababa kaysa sa static friction force.
Sa karamihan ng mga kaso, ang mga value ng coefficient µ ay 1-2 orders of magnitude na mas mataas kaysa sa value ng Cr. Gayunpaman, sa ilang mga sitwasyon (pagkakaroon ng niyebe, yelo,malangis na likido, dumi) µ ay maaaring maging mas maliit sa Cr. Sa huling kaso, mapapansin ang pagdulas ng gulong.
