Տեխնոլոգիաների ներկայիս վիճակը բոլորովին այլ տեսք կունենար, եթե մարդկությունը հեռավոր անցյալում չսովորեր օգտագործել պտտվող շփման ուժը իր շահի համար: Ինչ է դա, ինչու է այն հայտնվում և ինչպես կարելի է հաշվարկել, այս հարցերը քննարկվում են հոդվածում։
Ի՞նչ է պտտվող շփումը:
Դրա տակ հասկացվում է ֆիզիկական ուժը, որն առաջանում է բոլոր դեպքերում, երբ մի առարկան չի սահում, այլ գլորվում է մյուսի մակերեսին։ Գլորվող շփման ուժի օրինակներ են փայտե սայլի անիվը կեղտոտ ճանապարհի վրա կամ մեքենայի անիվը ասֆալտի վրա վարելը, մետաղյա գնդիկավոր և ասեղային առանցքակալները պողպատե առանցքի վրա, ներկի գլան շարժելը պատի վրա և այլն:
Ի տարբերություն ստատիկ և սահող շփման ուժերի, որոնք առաջանում են մարմնի և մակերևույթի կոպիտ մակերևույթների ատոմային մակարդակում փոխազդեցության հետևանքով, պտտվող շփման պատճառը դեֆորմացիոն հիստերեզն է։
Բացատրենք անվանված փաստը անիվի օրինակով։ Երբ այն շփվում էբացարձակապես ցանկացած ամուր մակերես, ապա շփման գոտում կա դրա միկրոդեֆորմացիա առաձգական շրջանում: Հենց որ անիվը պտտվի որոշակի անկյան տակ, այս առաձգական դեֆորմացիան կվերանա, և մարմինը կվերականգնի իր ձևը: Այնուամենայնիվ, անիվի գլորման արդյունքում կրկնվում են սեղմման և ձևի վերականգնման ցիկլերը, որոնք ուղեկցվում են էներգիայի կորստով և անիվի մակերեսային շերտերի կառուցվածքի մանրադիտակային խանգարումներով։ Այս կորուստը կոչվում է հիստերեզ: Շարժվելիս նրանք արտահայտվում են պտտվող շփման ուժի առաջացմամբ։
Չդեֆորմացվող մարմինների գլորում
Դիտարկենք իդեալական դեպքը, երբ անիվը, շարժվելով բացարձակապես ամուր մակերեսի վրա, միկրոդեֆորմացիաներ չի ունենում։ Այս դեպքում մակերեսի հետ դրա շփման գոտին կհամապատասխանի ուղիղ հատվածի, որի մակերեսը հավասար է զրոյի։
Շարժվելիս անիվի վրա գործում են չորս ուժեր. Սրանք են ձգողական ուժը F, հենակետային ռեակցիայի ուժը N, անիվի քաշը P և շփումը fr: Առաջին երեք ուժերն իրենց բնույթով կենտրոնական են (գործում են անիվի զանգվածի կենտրոնի վրա), ուստի ոլորող մոմենտ չեն ստեղծում։ fr ուժը շոշափում է անիվի եզրին: Շփման պտտվող պահը հետևյալն է՝
M=frr.
Այստեղ անիվի շառավիղը նշվում է r տառով:
N և P ուժերը գործում են ուղղահայաց, հետևաբար, միատեսակ շարժման դեպքում շփման ուժը fr հավասար կլինի մղման ուժին F:
F=fr.
Ցանկացած անսահման փոքր ուժ F կկարողանա հաղթահարել fr, և անիվը կսկսի շարժվել: ՍաԵզրակացությունը հանգեցնում է նրան, որ չդեֆորմացվող անիվի դեպքում պտտվող շփման ուժը զրո է։
Դեֆորմացվող (իրական) մարմինների գլորում
Իրական մարմինների դեպքում անիվի դեֆորմացիայի արդյունքում նրա հենարանի մակերեսը մակերեսի վրա հավասար չէ զրոյի։ Առաջին մոտավորությամբ այն ուղղանկյուն է՝ l և 2d կողմերով։ Որտեղ l-ն անիվի լայնությունն է, որը մեզ այնքան էլ չի հետաքրքրում։ Գլորվող շփման ուժի տեսքը պայմանավորված է հենց 2d արժեքով։
Ինչպես չդեֆորմացվող անիվի դեպքում, վերը նշված չորս ուժերը նույնպես գործում են իրական օբյեկտի վրա։ Նրանց միջև բոլոր հարաբերությունները պահպանվում են, բացառությամբ մեկի. դեֆորմացիայի արդյունքում հենարանի արձագանքման ուժը չի գործի անիվի առանցքի միջով, այլ կտեղահանվի դրա նկատմամբ d հեռավորությամբ, այսինքն՝ այն կմասնակցի: ոլորող մոմենտ ստեղծելու մեջ։ Իրական անիվի դեպքում M պահի բանաձևը ստանում է ձև՝
M=Nd - frr.
M արժեքի զրոյի հավասարությունը անիվի միատեսակ գլորման պայմանն է։ Արդյունքում մենք հասնում ենք հավասարության՝
fr=d/rN.
Քանի որ N-ը հավասար է մարմնի քաշին, մենք ստանում ենք պտտվող շփման ուժի վերջնական բանաձևը՝
fr=d/rP.
Այս արտահայտությունը պարունակում է օգտակար արդյունք. քանի որ անիվի r շառավիղը մեծանում է, շփման ուժը fr.
Գլորման դիմադրության գործակից և գլորման գործակից
Ի տարբերություն հանգստի և սահելու շփման ուժերի, գլանվածքը բնութագրվում է երկու փոխադարձ կախվածությամբ.գործակիցները։ Դրանցից առաջինը վերը նկարագրված d-ի արժեքն է: Այն կոչվում է շարժման դիմադրության գործակից, քանի որ որքան մեծ է դրա արժեքը, այնքան մեծ է fr ուժը: Գնացքի անիվների, ավտոմեքենաների, մետաղական առանցքակալների համար d-ի արժեքը միլիմետրի տասներորդական է։
Երկրորդ գործակիցը ինքնին շարժման գործակիցն է: Այն անչափ մեծություն է և հավասար է՝
Cr=դ/ռ.
Շատ աղյուսակներում տրված է այս արժեքը, քանի որ այն ավելի հարմար է օգտագործել գործնական խնդիրներ լուծելու համար, քան d-ի արժեքը: Շատ գործնական դեպքերում Cr-ի արժեքը չի գերազանցում մի քանի հարյուրերորդականը (0,01-0,06):
Գլորման վիճակ իրական մարմինների համար
Վերևում մենք ստացանք fr ուժի բանաձևը: Եկեք այն գրենք Cr: գործակցի միջոցով
fr=CrP.
Կարելի է տեսնել, որ նրա ձևը նման է ստատիկ շփման ուժին, որում Cr-ի փոխարեն օգտագործվում է µ արժեքը՝ ստատիկ շփման գործակիցը:.
Նախագիծ F ուժը կհանգեցնի անիվը պտտվելու միայն այն դեպքում, եթե այն մեծ է fr-ից: Այնուամենայնիվ, մղումը F կարող է նաև հանգեցնել սայթաքման, եթե այն գերազանցի համապատասխան հանգստի ուժը: Այսպիսով, իրական մարմինների գլորման պայմանն այն է, որ fr ուժը փոքր լինի ստատիկ շփման ուժից:
Շատ դեպքերում μ գործակիցի արժեքները 1-2 կարգով մեծ են Cr արժեքից: Այնուամենայնիվ, որոշ իրավիճակներում (ձյան, սառույցի առկայություն,յուղոտ հեղուկներ, կեղտ) μ-ը կարող է դառնալ ավելի փոքր, քան Cr: Վերջին դեպքում կնկատվի անիվների սայթաքում։
