Tarcie, zjawisko powstawania
siły mechanicznej dyssypatywnej (tj.
rozpraszającej energię), stycznej do
powierzchni ciała poruszającego
się faktycznie (tarcie dynamiczne albo suwne) lub tylko
potencjalnie(tarcie statyczne albo toczne) i przeciwdziałającej ruchowi.
Oba rodzaje
tarcia są proporcjonalne do siły nacisku (tj. składowej
prostopadłej do powierzchni styku z wypadkowej siły działającej na
poruszające się ciało). Charakteryzuje się je podając współczynniki
proporcjonalności noszące nazwy współczynników tarcia dynamicznego
(suwnego) i statycznego (tocznego), przy czym ten pierwszy jest w
danych warunkach zawsze mniejszy niż drugi.
Siła tarcia nie zależy ani od prędkości ciała, ani od wielkości pola powierzchni, którą ciało styka się z podłożem.
Tarcie zależy od siły nacisku ciała i rodzaju powierzchni tracej.T=f NT=Tarcie N=siła nacisku f=współczynnik tarciaTarcie statyczne występuje wtedy gdy powierzchnie trace
ciał nie
przemieszczają się wzajemnie i na jedno z ciał działa siła
niezrównoważona o niezerowej składowej, równoległej do powierzchni ,
którą stykają się ciała.Tarcie kinetyczne występuje gdy powierzchnie trace ciał przemieszczają się wzajemnie.
Wszystkie więc ciała poruszające się napotykają na opór
ruchu ze strony
ośrodka w którym się poruszają. Siły, które powstają wskutek oporu
środowiska, takie jak opór powietrza wywierany na lecący pocisk lub
samolot opór wody wobec ruchu statku, żaglówki, łodzi czy też opór jednej
powierzchni przesuwającej się po drugiej. Wszystkie takie siły nazywane
są siłami tarcia, a ich kierunek jest zawsze skierowany przeciwnie do
ruchu. Na ciało spoczywające na stole nie działa żadna siła tarcia.
Jeśli jednak chcemy je pociągnąć. Odczuwamy siłę oporu przeciwną do
kierunku ruchu. Wielkość tej siły zależy w bardzo skomplikowany sposób
od natury powierzchni styku. Siłę tę odczuwamy zupełnie bezpośrednio,
wiemy przecież, że mniejszego popchnięcia potrzeba na to by sanki
przejechały po lodzie zamarzniętego stawu, niż aby przebyły tej samej
wielkości trawnik.
Tarcie jest siłą, która działa hamująco na ruch ciała. Na skutek
tarcia, wprowadzone w ruch ciała zatrzymują się po przebyciu
niewielkiej drogi, jeśli nie działają siły pokonujące tarcie.
Występowanie tarcia podczas ruchu ciał wymaga, w celu utrzymania tego
ruchu, działania stałej siły pokonującej tarcie i tak na przykład
podczas ruchu wozu pokonuje siła mięśni konia, podczas ruchu pociągu -
lokomotywa, samochodu - silnik.
Tarcie jest niezbędnym warunkiem poruszania się istot żywych oraz
samochodów, pociągów itp., a także funkcjonowania wielu mechanizmów,
np. sprzęgła czy przekładni. Tam, gdzie jest ono zjawiskiem
niekorzystnym, zmniejsza się je, wprowadzając pomiędzy trące mechanizmy
smary, ciecze (np. w przekładniach zębatych i łożyskach - "wzorcem"
jest tu rozwiązanie problemu tarcia w stawach łączących kości),
zamieniając tym samym tarcie w układzie dwóch ciał stałych na tarcie w
cieczy (lepkość). Gdy tarcie jest niewystarczajace (np. do poruszania
sie ciał), celowo sie je zwieksza przez wprowadzenie odpowiednich
materiałów (np. piasku) pomiędzy trące się powierzchnie oraz przez
kształtowanie powierzchni trących sie cial (np. biezniki opon
samochodowych). Czesto jednak tarcie jest zjawiskiem niepożadanym, gdyż
powoduje znaczne straty energii na pokonanie oporów tarcia oraz np. w
urzadzeniach technicznych, powoduje niszczenie części maszyn. W celu
zmniejszenia tarcia stosuje sie środki smarne, a także zastępuje się
tarcie suwne tarciem tocznym. Podstawowym celem smarowania jest zmniejszanie oporów ruchu (tarcia)
oraz wyeliminowanie lub zminimalizowanie zużycia powierzchni. Jeśli
powierzchnie poruszajacych sie względem siebie ciał są rozdzielone
warstewką cieczy (smaru), opór (tarcie plynne) jest z reguły o wiele
mniejszy niż przy bezpośrednim zetknięciu (tarcie suche). Smarowanie
powoduje zastąpienie tarcia zewnetrznego (suchego) ciał stałych tarciem
wewnętrznym w środku smarnym. Gdy powierzchnie wspólpracujace są
całkowicie rozdzielone warstewką płynnego środka smarnego występuje
tzw. tarcie płynne, wielokrotnie mniejsze niz zewnętrzne tarcie suche.
Gdy rozdzielenie jest częściowe występuje tzw. tarcie mieszane. Gdy
powierzchnie są rozdzielone smarem stałym, występuje smarowanie w fazie
stałej, którego mechanizm jest związany z tarciem wewnętrznym w stałym
smarze. Rozróznia sie smarowanie: jednostkowe (jednopunktowe,
indywidualne) i grupowe (wielopunktowe, centralne), ciagłe i nieciałe
(np. okresowe), ciśnieniowe (z użyciem pompy) i bezciśnieniowe
(grawitacyjne, kapilarne), przelotowe (polegajace na jednokrotnym
przejściu środka smarnego przez miejsce tarcia, przy czym środek ten
wypływa na zewnątrz i nie wraca do obiegu) i obiegowe (krążenie oleju w
układzie zamkniętym), ręczne i automatyczne. Smarne środki, czyli
potocznie smary, to materiały służace do smarowania powierzchni
trących, zaliczane do materiałów konstrukcyjnych. Rozróżnia się: środki
smarne gazowe (powietrze, azot, dwutlenek wegla), płynne (oleje
mineralne, syntetyczne, woda, emulsje), plastyczne (wapniowe, sodowe,
litowe) i stałe (np. grafit, dwusiarczek molibdenu, wolframu).
Powietrze stosuje się jako samoistny środek smarny (w gazowych
łozyskach ślizgowych), albo w mgle olejowej jako nosnik kropelek oleju
(np. do smarowania szybkoobrotowych łozysk tocznych). Wodę jako środek
smarny stosuje sie glównie w urzadzeniach, w których jest ona
czynnikiem roboczym (np. w łożyskach niektórych pomp wodnych).
Do najczesciej stosowanych środków smarnych należą oleje smarne (oleje
mineralne oraz syntetyczne). Wymagane właściwości użytkowe olejów
mineralnych uzyskuje się przez mieszanie różnych olejów oraz dodatków
uszlachetniajacych (np. przeciwutleniajacych, antykorozyjnych,
obniżajacych temperaturę krzepnięcia, wysokocisnieniowych). Oleje
syntetyczne są wytwarzane w procesie syntezy chemicznej. Najszersze
zastosowanie jako środki smarne mają oleje silikonowe (silikony) ze
względu na niepalność oraz mały wpływ temperatury na ich lepkość.
Tarcie bywa także pożyteczne. Jest ono niezbędne, aby wprawić w ruch
ciało będące w spoczynku lub zatrzymać to, które jest w ruchu. Wszyscy
wiedzą, że trudno się poruszać po śliskim lodzie, trudno się także
zatrzymać. Powodem tego jest małe tarcie. Z tego samego powodu zdarza
się czasami, że koła lokomotywy lub samochodu obracają się w miejscu i
nie poruszają pojazdu. Wtedy posypuje się szyny piaskiem w celu
zwiększenia tarcia. Aby zahamować pociąg, samochód lub tramwaj,
dociskamy do kół szczęki hamulców. W ten sposób zwiększamy tarcie,
które hamuje ruch pojazdu.
Siła tarcia jest niekiedy czynnikiem utrudniającym ruch np. siła tarcia
występująca między osią a łożyskiem koła samochodu. Natomiast tarcie
występujące między kołem a jezdnią jest siła pożyteczną, umożliwiająca
ruch. Tarcie jest szkodliwe, ponieważ niszczy współpracujące ze sobą
elementy, np. oponę samochodu, ale jest także niesłychanie pożyteczne,
kiedy trzeba samochód gwałtownie zatrzymać. Widzimy więc, że tarcie
odgrywa bardzo dużą rolę zarówno w życiu codziennym, jak i w technice.
Tarciu zawdzięczamy możliwość chodzenia, pisania, przytrzymywania w
ręku różnych przedmiotów. Nietrudno sobie wyobrazić, co by było gdyby
tarcie przestało istnieć.
Więcej streszczeń na temat Tarcie