Particularitățile deplasării știința fricțiunii Dossier
Dosar - Materie și materiale, din ce este făcută lumea ?
Etienne Guyon
Profesor Emerit
Publicat la 12/05/2010
Modificat la 20/10/2017
Publicat la 05/12/2010 - Modificat la 20/10/2017
Materialele constituie orizontul sensibil al vieții noastre. Le modelăm, le lucrăm, le folosim. Un lucru este clar: cei vii și cei neînsuflețiți, naturali și artificiali, indiferent de dimensiunile lor, sunt alcătuite din materie rezultată din combinația de atomi organizată în structuri, spirale sau pliuri de molecule.
Materie și materiale, din ce este făcută lumea ?
Materie la diferite scări: materie dispersată
Scale de timp: materie, martor al timpului care trece
Particularitățile deplasării: știința fricțiunii
Material de deplasat: semințe și cereale pasagere
Material purtabil: textile inteligente
Materie și materiale, cartea autorului
Frecați, rulați, glisați, frânați. câte exemple de zi cu zi putem găsi despre aceste acțiuni simple ! Vehiculul rulant, la fel ca șarpele târât, avansează frecând un suport. O știință aplicată a fricțiunii, numită tribologie și care se bazează pe noțiunile fundamentale de adeziune și adeziune, face posibilă descrierea mai bună a anumitor aspecte ale deplasării prin enunțarea unor principii universale.
Aderați sau frecați ?
Leonardo da Vinci a fost primul care a efectuat un studiu științific al fricțiunii, observând alunecarea unui bloc așezat pe un plan înclinat (Fig. 1a). El a menționat că forța de frecare este proporțională cu greutatea. Cu această ocazie, a făcut o observație uimitoare și paradoxală: cristale paralelipipedice și solide amorfe
La scară. "data-image =" https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/e/6/8/e6888a7dfb_82227_solide.jpg "data-url ="/sciences/definition/chemistry-solid-15332/"data-more =" Lire la suite "> solid alunecă întotdeauna din același unghi limită de înclinare a solului, indiferent de fața pe care este așezat: nu contează, prin urmare, dimensiunea suprafeței de contact !
Aderența unui solid la altul se caracterizează pur și simplu prin utilizarea unei cărți așezate pe o masă (Fig. 1b). Nu se mișcă atât timp cât rămâne orizontală. Nu se scufundă mai mult, deoarece greutatea sa - să-i spunem P - este echilibrată de forțele de reacție de la masă.
Să tragem cartea legând-o cu un șir care se extinde dincolo de masă, conectat la o masă la celălalt capăt. Atâta timp cât forța exercitată T rămâne slabă, cartea rămâne imobilă. Există, prin urmare, alte forțe, la nivelul contactului cu masa, care se opun mișcării. Cartea începe să alunece atunci când forța depășește o valoare limită T '. Dacă punem o a doua carte pe prima, valoarea necesară pentru a pune sarcina în mișcare se dublează: raportul dintre tensiune și greutate µS = T '/ P este același în ambele cazuri și se numește coeficient de frecare statică. Caracterizează aderența. Un alt mod de măsurare a μS este înclinarea mesei: în acest caz, o parte din greutatea cărții apasă pe masă, alta o trage în jos (Fig. 1c). Atâta timp cât unghiul de înclinare nu este prea mare, cartea rămâne staționară. Unghiul Ø la care începe să alunece cartea caracterizează, de asemenea, aderența la masă prin relația µS = bronz Ø. Acest coeficient depinde doar de natura materialelor în contact. Nici zona de contact și nici sarcina nu au nicio influență asupra acesteia.
Ce se întâmplă dacă înclinația tabelului crește și mai mult? Cartea alunecă, cu atât mai repede cu cât aceste valori sunt depășite. Un fenomen numit fricție se opune atunci mișcării. Efectul său poate fi măsurat printr-o metodă similară cu cea utilizată pentru a determina coeficientul de aderență µS. Se numește T '' forța minimă de tracțiune care permite menținerea mișcării de alunecare a solidului, iar N componenta greutății perpendiculare pe suport. Raportul µD = T ”/ N al forței de tracțiune și al componentei de greutate este coeficientul de frecare dinamic.
Tabelul 1. Valorile coeficientului de frecare static, raportat la limita alunecării, sunt mai mari decât cele corespunzătoare fricțiunii dinamice. Aceste valori pot varia în funcție de condițiile interfeței.
Tabelul I oferă exemple de ordine de mărime a coeficienților de fricțiune µS statici și µD dinamici. Rețineți că µD este întotdeauna mai mic de µS: este mai ușor să împingeți ceva care se mișcă deja decât să îl puneți în mișcare! Acest lucru poate fi văzut când cartea alunecă: nu se oprește când unghiul de înclinare revine la valoarea inițială. Acest lucru se explică prin faptul că, în repaus, contactele microscopice dintre două solide se zdrobesc ușor în timp, crescând aderența. Dimpotrivă, atunci când un solid este în mișcare, energia sa cinetică îi permite să depășească micile obstacole întâlnite.
Cum aderă sau freacă două solide ?
Aderența dintre cele două solide se explică prin două fenomene care apar la scări diferite. Prima scară este cea a rugozității suprafeței materialelor, adică a defectelor de planeitate. Aceste defecte sunt cauza îngrășării materiei organice, a azotului etc.
Există diferite familii precum:
La o scară foarte mică (cea a atomilor), are loc fenomenul de aderență moleculară, care provine din forțe microscopice (numite Au avut inițial. "Data-url ="/științe/definiții/chimie-forță-van-der-waals- 4979/"data-more =" Read more "> Van der Waals) forțe care acționează direct între atomii celor două suprafețe în contact. Aceste forțe de natură electrică exercită o atracție între solide. Deși sunt mult mai slabe decât cele coezive forțelor solide (care sunt de 100 de ori mai puternice), ele sunt capabile să se opună ridicării unui solid plasat pe o suprafață (ceea ce nu este cazul aderenței datorită rugozității).