Tout mouvement dans la nature et la technologie, qui implique la présence d'un contact physique entre des corps solides, s'accompagne de frottements. Dans cet article, nous donnerons des exemples de la force de frottement et montrerons dans quels cas elle joue un rôle utile, et dans lesquels elle est indésirable.
Quels sont les types de frottement entre solides
Dans cet article, nous ne considérerons que des exemples de forces de frottement qui agissent entre des objets solides en contact physique les uns avec les autres.
L'un des principaux types de frottement est le frottement statique. Sur la base du nom lui-même, on peut supposer qu'il se manifeste lorsqu'un corps repose sur la surface d'un autre. Tout le monde sait que pour déplacer un objet lourd de sa place, il est nécessaire d'appliquer une force externe dirigée le long de la surface de contact de cet objet et de la surface sur laquelle il repose. Cette force est contrebalancée par la force de frottement statique. Il agit entre les surfaces de contact des corps. Le frottement de repos se produit en raison de la présence de rugosité sur les surfaces en contact, peu importe commentils n'étaient pas lisses.
Le deuxième type de frottement que nous allons examiner est le frottement par glissement. Cela se produit également en raison de la rugosité mentionnée, lorsque les corps commencent à se déplacer les uns par rapport aux autres en glissant. La direction et le point d'application de la force de frottement par glissement sont exactement les mêmes que pour le frottement statique. La seule différence entre ces forces est que la force de glissement est toujours inférieure à la force de repos.
Le troisième type de frottement, qui ne joue pas moins de rôle dans la technologie que les deux premiers, est le frottement de roulement. Comme son nom l'indique, il apparaît lorsqu'un corps roule à la surface d'un autre. La raison du frottement de roulement réside dans l'hystérésis de déformation, qui conduit à la "dispersion" de l'énergie cinétique du corps roulant. Dans un certain nombre de cas pratiques, cette force de frottement est 10 à 100 fois ou plus inférieure aux types de frottement précédents considérés.
Tous les types de forces de frottement sont directement proportionnels à la force de réaction d'appui avec laquelle celle-ci agit sur le corps en question.
Nui et bénéfice de la force de friction statique: exemples
De tous les types de frottement nommés, le frottement statique est peut-être le plus "inoffensif". Le fait est qu'en pratique, il joue presque toujours un rôle utile. Son seul point négatif est qu'il est supérieur au frottement de glissement. Ce dernier fait signifie que pour tout début de mouvement, il est nécessaire d'appliquer un grand effort. Par exemple, pour commencer à skier sur la neige, vous devez d'abord les "arracher" littéralement de la surface de la neige.
Il existe de nombreux exemplesutilisation de la force de frottement statique. Listons-les:
- Les clous et les vis qui maintiennent fermement deux corps solides en bois, en plastique et en métal remplissent leur fonction grâce à l'action de la force en question.
- Promener une personne, conduire des voitures sur les routes est dû au fait que la friction statique est supérieure à la friction de glissement. Sinon, il nous serait difficile de nous déplacer, les gens et les véhicules glisseraient au même endroit.
- Tous les corps qui reposent sur des surfaces inclinées sont dus à l'action du frottement statique. Si ce dernier n'existait pas, il serait alors impossible de mettre un frein à main sur une voiture en pente ou tout objet ménager sur une table légèrement inclinée vers l'horizon.
Le frottement par glissement et ses avantages
Contrairement au frottement statique, qui joue principalement un rôle positif dans la vie humaine, le frottement par glissement est généralement une force néfaste. Cependant, deux exemples de force de frottement de glissement utile peuvent être donnés:
- Étant donné que le frottement par glissement entraîne un échauffement de la surface des objets (le moyen naturel et le plus simple de convertir l'énergie mécanique en chaleur), cet effet peut être utilisé pour augmenter la température des corps. Ainsi, dans les temps anciens, nos ancêtres faisaient du feu en utilisant la friction par glissement.
- Lorsque le conducteur veut arrêter le véhicule, il appuie sur la pédale de frein. Dans ce cas, les disques de frein glissent à l'intérieur de la jante et ralentissent sa rotation.
Ham frottement de glissement
Des exemples d'action de frottement de glissement sont le mouvement d'un meuble au sol quand on veut le réagencer dans une pièce, le glissement d'un skieur et d'un patineur, le patinage des roues d'une voiture quand elles sont bloquées ou lors de la conduite sur une route glissante, glissement entre les parties frottantes des mécanismes de diverses machines.
Dans tous ces cas, les frottements de glissement jouent un rôle néfaste. Ces exemples de méfaits du frottement de glissement sont dus au fait qu'il empêche le mouvement mécanique et "mange" une certaine quantité d'énergie cinétique (skis, patins, pièces mobiles de machines). De plus, la conversion de l'énergie mécanique en énergie thermique entraîne un échauffement des pièces frottantes. Une augmentation de leur température entraîne une modification de la structure microscopique, ce qui viole les propriétés des matériaux. Enfin, les exemples répertoriés de la force de frottement par glissement entraînent une usure des surfaces de frottement, l'apparition de rainures indésirables sur celles-ci et un amincissement.
Le frottement de roulement et ses inconvénients et ses avantages
Si l'on considère à la racine la question de l'utilité de la force de frottement de roulement, il s'avère qu'elle n'existe pas du tout. En effet, le frottement de roulement empêche toujours la rotation mécanique, il conduit à l'usure des pièces travaillantes et à leur échauffement indésirable. Néanmoins, le phénomène de roulement est largement utilisé dans l'ingénierie (roulements, roues de véhicules). Cela s'explique par le fait que la force de frottement de roulement est bien inférieure à la force de glissement similaire, ce qui réduit son échelle de plusieurs ordres de grandeur.influence nocive.
Augmentation et diminution des forces de frottement
Comme nous l'avons vu plus haut dans les exemples, les forces de frottement statiques et de glissement sont parfois utiles et parfois néfastes. À cet égard, l'humanité utilise depuis longtemps des méthodes pour modifier l'échelle de friction, à la fois dans le sens de l'augmentation de la force correspondante et dans le sens de sa diminution.
De bons exemples de la façon d'augmenter la force de friction sont l'aspersion de sable et de sel sur la glace des routes. À la suite de ces actions, il y a une augmentation de la rugosité de la surface de la glace et, par conséquent, une augmentation des forces de frottement statique et de glissement.
Une autre façon d'augmenter les forces en question est d'utiliser des surfaces spéciales. Un exemple frappant est la surface du pneu hiver d'une voiture, qui se caractérise par une bande de roulement profonde et la présence de pointes métalliques.
Pendant le ski, ainsi que lors de la rotation des roulements de divers mécanismes, le frottement joue un rôle négatif. Pour le réduire, des lubrifiants spéciaux sont utilisés, généralement à base de graisses (cire, lithol).
