Geseran ialah fenomena fizikal yang dihadapi oleh seseorang untuk mengurangkannya dalam mana-mana bahagian mekanisme yang berputar dan gelongsor, namun tanpanya, pergerakan mana-mana mekanisme ini adalah mustahil. Dalam artikel ini, kami akan mempertimbangkan, dari sudut pandangan fizik, apakah daya geseran bergolek.
Apakah jenis daya geseran yang wujud di alam semula jadi?
Pertama sekali, pertimbangkan tempat geseran bergolek di antara daya geseran lain. Daya ini timbul akibat sentuhan dua badan yang berbeza. Ia boleh menjadi badan pepejal, cecair atau gas. Sebagai contoh, penerbangan pesawat di troposfera disertai dengan kehadiran geseran antara badan dan molekul udara.
Memandangkan badan pepejal secara eksklusif, kami memilih daya geseran rehat, gelongsor dan bergolek. Setiap daripada kita perhatikan: untuk mengalihkan kotak di atas lantai, perlu menggunakan sedikit daya di sepanjang permukaan lantai. Nilai daya yang akan membawa kotak-kotak keluar dari rehat akan sama dalam nilai mutlak dengan daya geseran rehat. Yang terakhir bertindak di antara bahagian bawah kotak dan permukaan lantai.
Bagaimanasebaik sahaja kotak telah memulakan pergerakannya, daya yang berterusan mesti dikenakan untuk memastikan pergerakan ini seragam. Fakta ini berkaitan dengan fakta bahawa antara sentuhan lantai dan kotak, daya geseran gelongsor bertindak ke atas yang terakhir. Sebagai peraturan, ia adalah beberapa puluh peratus kurang daripada geseran statik.
Jika anda meletakkan silinder bulat daripada bahan keras di bawah kotak, ia akan menjadi lebih mudah untuk mengalihkannya. Daya geseran bergolek akan bertindak ke atas silinder yang berputar dalam proses pergerakan di bawah kotak. Ia biasanya jauh lebih kecil daripada dua kuasa sebelumnya. Itulah sebabnya penciptaan roda oleh manusia merupakan satu lonjakan besar ke arah kemajuan, kerana orang ramai dapat menggerakkan beban yang lebih besar dengan sedikit daya yang dikenakan.
Sifat fizikal geseran bergolek
Mengapa geseran bergolek berlaku? Soalan ini tidak mudah. Untuk menjawabnya, seseorang harus mempertimbangkan secara terperinci apa yang berlaku kepada roda dan permukaan semasa proses rolling. Pertama sekali, mereka tidak licin sempurna - tidak permukaan roda, mahupun permukaan di mana ia bergolek. Walau bagaimanapun, ini bukan punca utama geseran. Sebab utama ialah ubah bentuk satu atau kedua-dua badan.
Mana-mana badan, tidak kira apa bahan pepejal diperbuat daripadanya, adalah cacat. Semakin besar berat badan, semakin besar tekanan yang dikenakan pada permukaan, yang bermaksud bahawa ia berubah bentuk pada titik sentuhan dan mengubah bentuk permukaan. Ubah bentuk ini dalam sesetengah kes adalah sangat kecil sehingga ia tidak melebihi had keanjalan.
Bsemasa bergolek roda, kawasan yang cacat selepas penamatan sentuhan dengan permukaan memulihkan bentuk asalnya. Namun begitu, ubah bentuk ini berulang secara kitaran dengan revolusi roda baharu. Sebarang ubah bentuk kitaran, walaupun ia terletak pada had keanjalan, disertai oleh histerisis. Dengan kata lain, pada peringkat mikroskopik, bentuk badan sebelum dan selepas ubah bentuk adalah berbeza. Histeresis kitaran ubah bentuk semasa penggelekkan roda membawa kepada "penyerakan" tenaga, yang memanifestasikan dirinya dalam amalan dalam bentuk rupa daya geseran bergolek.
Berguling Badan Sempurna
Di bawah badan yang ideal dalam kes ini kami maksudkan bahawa ia tidak boleh berubah bentuk. Dalam kes roda yang ideal, kawasan sentuhannya dengan permukaan adalah sifar (ia menyentuh permukaan sepanjang garisan).
Mari kita cirikan daya yang bertindak pada roda tidak boleh ubah bentuk. Pertama, ini adalah dua daya menegak: berat badan P dan daya tindak balas sokongan N. Kedua-dua daya melalui pusat jisim (paksi roda), oleh itu mereka tidak mengambil bahagian dalam penciptaan tork. Untuk mereka, anda boleh menulis:
P=N
Kedua, ini ialah dua daya mendatar: daya luaran F yang menolak roda ke hadapan (ia melalui pusat jisim), dan daya geseran bergolek fr. Yang terakhir mencipta tork M. Bagi mereka, anda boleh menulis kesamaan berikut:
M=frr;
F=fr
Di sini r ialah jejari roda. Persamaan ini mengandungi kesimpulan yang sangat penting. Jika daya geseran fr adalah sangat kecil, maka iamasih akan mencipta tork yang akan menyebabkan roda bergerak. Oleh kerana daya luar F adalah sama dengan fr, maka sebarang nilai F yang sangat kecil akan menyebabkan roda bergolek. Ini bermakna jika badan bergolek adalah ideal dan tidak mengalami ubah bentuk semasa pergerakan, maka tidak perlu bercakap tentang sebarang daya geseran bergolek.
Semua badan sedia ada adalah nyata, iaitu mengalami ubah bentuk.
Berguling badan sebenar
Sekarang pertimbangkan situasi yang diterangkan di atas hanya untuk kes badan sebenar (boleh berubah bentuk). Luas sentuhan antara roda dan permukaan tidak lagi menjadi sifar, ia akan mempunyai beberapa nilai terhingga.
Mari kita analisa kuasa. Mari kita mulakan dengan tindakan daya menegak, iaitu berat dan tindak balas sokongan. Mereka masih sama antara satu sama lain, iaitu:
N=P
Walau bagaimanapun, daya N kini bertindak menegak ke atas bukan melalui gandar roda, tetapi dianjak sedikit daripadanya mengikut jarak d. Jika kita bayangkan luas sentuhan roda dengan permukaan sebagai luas segi empat tepat, maka panjang segi empat tepat ini akan menjadi ketebalan roda, dan lebarnya akan sama dengan 2d.
Sekarang mari kita beralih kepada pertimbangan daya mendatar. Daya luar F masih tidak menghasilkan daya kilas dan sama dengan daya geseran fr dalam nilai mutlak, iaitu:
F=fr.
Momen daya yang membawa kepada putaran akan mewujudkan geseran frdan tindak balas sokongan N. Selain itu, momen ini akan diarahkan ke arah yang berbeza. Ungkapan yang sepadan ialahjenis:
M=Nd - frr
Dalam kes gerakan seragam, momen M akan sama dengan sifar, jadi kita dapat:
Nd - frr=0=>
fr=d/rN
Kesamaan terakhir, dengan mengambil kira formula yang ditulis di atas, boleh ditulis semula seperti berikut:
F=d/rP
Malah, kami mendapat formula utama untuk memahami daya geseran bergolek. Selanjutnya dalam artikel kami akan menganalisisnya.
Pekali rintangan bergolek
Pekali ini telah pun diperkenalkan di atas. Penerangan geometri turut diberikan. Kita bercakap tentang nilai d. Jelas sekali, lebih besar nilai ini, lebih besar masa mencipta daya tindak balas sokongan, yang menghalang pergerakan roda.
Pekali rintangan gulung d, berbeza dengan pekali geseran statik dan gelongsor, ialah nilai dimensi. Ia diukur dalam unit panjang. Dalam jadual, ia biasanya diberikan dalam milimeter. Contohnya, untuk roda kereta api yang bergolek pada rel keluli, d=0.5 mm. Nilai d bergantung pada kekerasan dua bahan, beban pada roda, suhu dan beberapa faktor lain.
Pekali geseran bergolek
Jangan keliru dengan pekali sebelumnya d. Pekali geseran bergolek dilambangkan dengan simbol Cr dan dikira menggunakan formula berikut:
Cr=d/r
Kesamaan ini bermakna Cr tidak berdimensi. Dialah yang diberikan dalam beberapa jadual yang mengandungi maklumat mengenai jenis geseran yang dipertimbangkan. Pekali ini mudah digunakan untuk pengiraan praktikal,kerana ia tidak melibatkan mengetahui jejari roda.
Nilai Cr dalam kebanyakan kes adalah kurang daripada pekali geseran dan rehat. Sebagai contoh, untuk tayar kereta yang bergerak di atas asf alt, nilai Cr adalah dalam beberapa perseratus (0.01 - 0.06). Walau bagaimanapun, ia meningkat dengan ketara apabila tayar pancit di atas rumput dan pasir (≈0.4).
Analisis formula yang terhasil untuk daya fr
Mari kita tulis semula formula di atas untuk daya geseran bergolek:
F=d/rP=fr
Dari kesamaan, lebih besar diameter roda, lebih sedikit daya F perlu digunakan untuk mula bergerak. Sekarang kita menulis kesamaan ini melalui pekali Cr, kita ada:
fr=CrP
Seperti yang anda lihat, daya geseran adalah berkadar terus dengan berat badan. Di samping itu, dengan peningkatan ketara dalam berat P, pekali Cr itu sendiri berubah (ia meningkat disebabkan peningkatan dalam d). Dalam kebanyakan kes praktikal Cr terletak dalam beberapa perseratus. Sebaliknya, nilai pekali geseran gelongsor terletak dalam beberapa persepuluh. Memandangkan formula untuk daya geseran bergolek dan gelongsor adalah sama, guling ternyata bermanfaat dari sudut pandangan tenaga (daya fr ialah susunan magnitud kurang daripada daya gelongsor dalam situasi yang paling praktikal).
Keadaan bergolek
Ramai di antara kita pernah mengalami masalah roda kereta tergelincir ketika memandu di atas ais atau lumpur. kenapa niberlaku? Kunci untuk menjawab soalan ini terletak pada nisbah nilai mutlak daya geseran rolling dan rest. Mari tulis formula rolling sekali lagi:
F ≧ CrP
Apabila daya F lebih besar daripada atau sama dengan geseran bergolek, maka roda akan mula bergolek. Walau bagaimanapun, jika daya ini melebihi nilai geseran statik lebih awal, maka roda akan tergelincir lebih awal daripada bergolek.
Oleh itu, kesan gelinciran ditentukan oleh nisbah pekali geseran statik dan geseran bergolek.
Cara mengatasi gelinciran roda kereta
Geseran bergolek roda kereta pada permukaan licin (contohnya, di atas ais) dicirikan oleh pekali Cr=0.01-0.06. Walau bagaimanapun, nilai tertib yang sama adalah tipikal untuk geseran statik pekali.
Untuk mengelakkan risiko tergelincir roda, tayar khas "musim sejuk" digunakan, di mana pancang logam diskrukan. Yang terakhir, terhempas ke permukaan ais, meningkatkan pekali geseran statik.
Cara lain untuk meningkatkan geseran statik ialah mengubah suai permukaan tempat roda bergerak. Contohnya, dengan menaburkannya dengan pasir atau garam.
