Coulombs lov (mekanikk)
Den Coulomb lov i mekanikk , oppkalt etter Charles Coulomb , uttrykt i en meget forenklet form, intensiteten av krefter friksjon som utøves mellom de to faste stoffer.
Avhengig av om disse faste stoffene glir mot hverandre eller ikke, snakker vi om glidning (dynamisk friksjon) eller vedheft (statisk friksjon). I begge tilfeller inkluderer de gjensidige handlingene som utøves mellom disse faste stoffene:
- en normal komponent N som presser dem mot hverandre,
- en tangentiell komponent T som motarbeider, eller har en tendens til å motsette seg, glidningen.
Vedheft skal ikke forveksles med vedheft, som gjelder liming.
Vedheft eller statisk friksjon
Så lenge komponenten T tangensiale ikke når en viss grense T 0 , ikke slip ikke forekomme; vi er i en situasjon med vedheft . Likevel kan de faste stoffene til slutt rulle, som et sykkelhjul som ruller uten å skli på bakken. Når grensen er nådd, oppstår glidning.
Den Coulomb lov bestemmer grensekraften T o :
hvor ƒ 0 er adhesjonskoeffisienten , eller koeffisienten for statisk friksjon, hvis verdi fremfor alt avhenger av de to tilstedeværende materialene og av overflatenes tilstand; det er noen ganger notert μ 0 (mu null).
Merk at T kan ta vilkårlige verdier, Coulombs lov gjør det bare mulig å forutsi intensiteten som gliden oppstår fra.
Fra et geometrisk synspunkt er det vedheft så lenge kontaktkraften
forblir i en kjegle med halv vinkel ved toppunktet φ 0 , kalt adhesjonsvinkelen, definert av
φ 0 = arctan (ƒ 0 ) = arctan (μ 0 ).Dette gir et geometrisk kriterium for tilstanden til vedheft.
Dynamisk glidning eller friksjon
Når de faste stoffene glir mot hverandre, er den tangentielle komponenten T uavhengig av skyvehastigheten og bestemt av Coulombs lov :
hvor ƒ, noen ganger bemerket μ (gresk bokstav mu), er koeffisienten for dynamisk friksjon eller glidning, hvis verdi avhenger blant annet av de to tilstedeværende materialene og av tilstanden til overflatene. Fra et geometrisk synspunkt betyr det at kontaktkraften gjør en vinkel φ konstant med det normale mot overflaten, eller at kraftvektoren er på en kjegle med halv vinkel på toppen φ og med normal akse på overflaten. Denne vinkelen φ kalles friksjonsvinkelen, og vi har:
φ = arctan (ƒ) = arctan (μ).I de fleste tilfeller har vi:
, og så
det vil si at kraften som kreves for å opprettholde gliden, generelt er mindre enn den begrensende vedheftningskraften. Dette forklarer hvorfor:
- når du skyver et skap, er det vanskeligste å sette det i gang (overvinne statisk friksjon);
- når du bremser i en bil, er bremselengden større hvis hjulene blokkeres. I tilfelle der hjulet snur, er det lokalt stillestående i forhold til veien, og friksjonskoeffisienten som skal tas i betraktning er den statiske koeffisienten. Hvis hjulet sitter fast, glir det i forhold til veien, og den gjeldende friksjonskoeffisienten er den dynamiske koeffisienten som er lavere som beskrevet ovenfor. Nåværende forskning viser imidlertid at denne oppfatningen må være veldig sterkt kvalifisert, (se wikibook Tribology »bremser )
- når du flytter en stol ved å dra den på gulvet, hører du en skravrende lyd. På kontaktnivået går man vekselvis fra en feste av vedheft til en fase av glidning.
- man kan skape hysteresefenomener ut fra dette prinsippet.
Tvert imot, for bremsebelegg eller belegg, clutcheskiver osv., Blir det søkt materialpar hvis friksjonskoeffisienten øker litt når skyvehastigheten øker.
Grenser for loven
Coulombs lov gir en enkel modell for å beskrive fenomenene glidning og vedheft, men i de fleste tilfeller er det nødvendig å ta hensyn til mange andre parametere som koeffisienten for relativ glidning mellom de to objektene eller den mikroskopiske overflaten. Kontakt for å oppnå en akseptabel modell.
Se også
Relaterte artikler
Eksterne linker
- Coulomb og lovene om friksjon på Ampère- området og historien om elektrisitet