yavor1 (553178), страница 19
Текст из файла (страница 19)
93 Износ и нагрев трущихся деталей механизмов и машин безусловно вреден; поэтому в технике принимают ряд мер для уменыпення трения. Для этой цели часто применяется смазка (см. 2 11.7). Трение скольжения заменяют также трением качения, устанавливая шариковые илн роликовые подшипники (рнс. 11.5). З 11.5. Трение качения 1. Заменим в нашей экспериментальной установке скользящий брусок цилиндром„который может вращаться на оси (рис. 11.6). Если зажать скобки на Рнс. 1!.6. оси так, чтобы цилиндр не вращался, то он будет сколь- зить на поверхности доски. При этом сила трения заметно не отличается от силы трения у брусна, ибо она практически не зависит от площади соприкосновения трущихся тел.
Если же скобки на оси отпустить, тодиск станет катиться и сила трения резко уменьшится. Итак, сила трения качения значительно меньше силы тления скольжения. Рис. 11,6, 2. Опыты показывают, что сила трения качения пропорциональна силе нормального давления и обратно пропорциональна радиусу цилиндра (или колеса): М 7 яач (11.7) г Здесь Ф вЂ” коэффициент трения качения; ои имеет размерность длины и в Международной системе единиц измеряется в метрах. Выражением (11.7) можно пользоваться только в том случае, когда диск не проскальзывает на поверхности. й 11.5.
Движение тел под действием силы трения 1. До сих пор мы рассматривали силу трения как некое препятствие для движения тела. Однако это далеко не всегда так. На самом деле именно наличие трения покоя дает возможность двигаться, скажем, человеку или автомобилю по земной поверхности, поезду нли трамваю — по рельсам и т. д. Действительно, при движении человека между подошвой его обуви и землей возникает сила трения покоя.
Эта сила и вызывает его перемещение. Всем известно, как трудно ходить по льду, где сила трения покоя слишком мала. 2. Выясним роль силы трения при повороте велосипедиста на горизонтальном участке пути. Из опыта известно, что для поворота необходимо наклониться в соответствующую сторону, что вызовет автоматический поворот руля. Рассмотрим силы, действующие на велосипедиста при наклоне влево (рис. 11.7). Сила тяжести Р и сила реакции )(( действуют уже не по одной прямой. Под действием этих сил велосипедист начинает вращаться в вертикальной плоскости, что должно было бы вызвать проскальзывание колеса, При этом возникает сила трения покоя Т„,„, направленная в ту сторону, куда наклонился велосипедист. Поскольку сила трения перпендикулярна скорости, она сообщает велосипедисту нормальное ускорение ап = эЧг.
Из основного закона динамики следует, что центростремительная сила равна силе трения покоя: топ — = 7'„„< р„,„тд или пп ~~ Эп~пок Угол наклона велосипедиста (считая от вертикали) можно найти иэ условия, что равнодействующая силы реакции и силы трения должна быть направлена вдоль движущегося тела: оГ г, ~пп гп пок' Рис. 1!.7. Велосипедист не должен отклоняться от вертикали больше чем на угол трения <р, = агс(я рп,„. Для того чтобы создать возможность крутого поворота на больших скоростях, велосипедную дорожку (трек) профилируют, наклоняя ее на угол, соответствующий условию (я ажоЧгд.
$11.7. Внутреннее трение 1. Опыт показывает, что в движущихся жидкостях нли газах возникают силы внутреннего трения. Наличие этих сил можно обнаружить с помощью установки, изображенной на рис. 11.8. На тонкой проволоке висит тяжелый цилиндр. В наружный цилиндрический сосуд, ось которого совпадает с подвесом, наливается некоторая жидкость. Если наружный цилиндр привести во вращение, то внутренний цилиндр повернется на некоторый угол. Следовательно, вращающаяся жидкость действует на поверхность внутреннего цилиндра с силой, которая уравновешивается упругостью закрученной нити, Эта сила зависит от расстояния между наружным и внутренним цилиндрами, от скорости вращения наружного цилиндра, рода жидкости и ее температуры, 2.
Явление внутреннего трения описывается следующим образом. Пусть между двумя плоскостями находится слой жидкости; верхняя плоскость движется относительно нижней со скоростью о 95 Рис. 1!.З. Рис. 1!.8. трения. Согласно Ньютону, касательное напряжение сил внутреннего трения пропорционально градиенту скорости: ~ вмутр Лр т= Я Лл' =Ч— (1! .8) где у) — коэффициент внутреннего трения, или вязкость жидкости.
Единицей измерения вязкости в системе СИ является паскаль- секунда: Па с=Н с/мв, ее размерность [у)) =МЕ-тТ-т. В системе СГС единица вязкости называется пуаз: 1 П = 1 дни с/ему =0,1 Па с. 3. Силы внутреннего трения проявляются не только в жидкостях, но и в газах. В этом можно убедиться, приводя в быстрое вращение установку, изображенную на рис, 11.8, когда между телами находится воздух (или какой-либо другой газ).
Вязкость газов весьма мала — примерно в 101 раз меньше, чем вязкость жидкостей. Силы внутреннего трения значительно меныпе сил трения скольжения. Поэтому для уменьшения трения между движущимися (рис. 11.9). Мысленно разобьем жидкость на очень тонкие слои параллельными плоскостями, отстоящими на расстоянии Лп друг от друга. Слои жидкости, касающиеся твердых тел, прилипают к инм. Промежуточные слои имеют распределение скоростей, изображенное иа рнс, 11.9. Это распределение характеризуется градиентои скорости — величиной Ло!Лп, показывающей, как быстро меняется абсолютная величина скорости при перемещении на единицу длины в направлении, перпендикулярном вектору скорости (соответственно — слоям жидкости). Между соприкасающимися слоями жидкости при наличии градиента скорости возникают силы, направленные вдоль плоскости соприкосновения и препятствующие их относительному перемещению — силы внутреннего частями механизмов и машин используется смазка — слой вязкой жидкости, заполняющий пространство между трущимися поверхностями и оттесняющий их друг от друга.
Это приводит к существенному уменьшению сил трения, что связано с уменьшением нагрева н износа деталей. Вместе с тем следует избегать попадания жидкости между фрнкционными муфтами, между ремнем и шкивом в ременной передаче, между ведущими колесами локомотива и рельсом и т. д., ибо во всех этих случаях именно сила трения служит для передачи движения. Уменьшение трения в зтнх случаях безусловно вредно. $11.8. Движение тела в жидкости 1. Опыт показывает, что тело, движущееся в жидкости илн газе, испытывает сопротивление.
Это сопротивление зависит от размеров и формы тела, от скорости его движения и свойств жидкости или газа. Рассмотрим поток жидкости, движущийся со скоростью и в некоторой системе координат, связанной с неподвижным телом. Из принципа относительности следует, что сила, с которой движущийся поток действует на тело, в точности равна силе сопротивления, которую испытывало бы это тело, дан~вась с той же скоростью в неподвижной жидкости. 2.
Поток жидкости, набегая на тело, деформируется и обтекает его. При этом слои жидкости, прилегающие непосредственно к телу, прилипают к нему. Прн определенных усло- Ряс. 11.10. виях образуется так называемый погранпчный слой — область жидкосги, в которой скорость очень быстро возрастает от нули примерно до скорости нсвозмущенного потока, т. е.
имеется большой градиент скорости. При отрыве пограничного слоя от тела за ним возникают вихри (рнс. 11.10). Сопротивление жидкости или газа в значительной мере определяется явлениями, происходящими в пограничном слое, и характером вихрей. Однако детальный анализ явлений в пограничном слое и вычисление сил сопротивления является исключительно сложной задачей. Мы можем попытаться оценить лишь порядок этих сил и основные параметры, от которых они зависят. Можно считать, что сила сопротивления состоит нз двух слагаемых: сопротивления давления и сопротивления трения.
Первое определяется разностью давлений на передней и задней кромках 4 Б, м. яворскнь, А. А. Пннскнь, т. ! 97 обтекаемого тела, второе — силами внутреннего трения, возникающими за счет большого градиента скорости в пограничном слое. Для оценки влияния каждой из этих компонент применим метод размерностей.
3. Сила сопротивления, возникающая вследствие разности давлений на передней и задней кромках обтекаемого тела, зависит от плотности жидкости, л скорости потока и пло- щади емндделя» ") — макси'6 мального поперечного сечения, перпендикулярного потоку: — '.г' '- э- й = Ар'~М5г, (11,9) где А — безразмерный коэффициент. у В любом равенстве раз- 48 ' мерности левой и правой частей одинаковы, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
