(Blocuri simulate cu suprafețe aspre fractale, care prezintă interacțiuni statice de frecare.)
Frecarea este forța care se opune mișcării relative a suprafețelor solide, a straturilor de fluid și a elementelor de material care alunecă unul împotriva celuilalt. Există mai multe tipuri de frecare:
- Frecarea uscată este o forță care se opune mișcării laterale relative a două suprafețe solide în contact. Frecarea uscată apare, în general, din interacțiunea dintre caracteristicile de suprafață, cunoscute sub denumirea de asperități
- Frecarea fluidă descrie frecarea dintre straturile unui fluid vâscos care se mișcă unul față de celălalt.
- Frecarea lubrificată este un caz de frecare fluidă în care un fluid lubrifiant separă două suprafețe solide.
- Frecarea peliculară este o componentă a forța de rezistență care se opune mișcării unui fluid pe suprafața unui corp.
- Frecarea internă este forța de rezistență care se opune mișcării între elementele care formează un material solid în timp ce acesta este supus deformării.
Atunci când suprafețele în contact se deplasează unul față de celălalt, frecarea dintre cele două suprafețe convertește energia cinetică în energie termică (adică transformă lucrul mecanic în căldură). Această proprietate poate avea consecințe dramatice, așa cum este ilustrată de folosirea fricțiunilor create prin frecarea bucăților de lemn împreună pentru a declanșa un incendiu. Energia cinetică este convertită în energie termică ori de câte ori apare o mișcare cu frecare, de exemplu când un fluid vâscos este agitat. O altă consecință importantă a multor tipuri de frecare poate fi uzura, ceea ce poate duce la degradarea performanțelor sau deteriorarea componentelor. Fricțiunea este o componentă a științei tribologiei.
Frecarea este de dorit și importantă în tracțiune pentru a facilita mișcarea pe uscat. Cele mai multe vehicule terestre se bazează pe frecare pentru accelerare, decelerare și schimbarea direcției. Reducerea bruscă a tracțiunii poate cauza pierderea controlului și accidente.
Frecarea nu este ea însăși o forță fundamentală. Frecarea uscată provine dintr-o combinație de aderență inter-suprafațe, rugozitatea suprafețelor, deformarea suprafețelor și contaminarea acestora. Complexitatea acestor interacțiuni face calculul frecării pornind de la primele principii să fie nepractică și necesită utilizarea metodelor empirice de analiză și de dezvoltare a teoriei.
Frecarea este o forță neconservatoare – lucrul mecanic depus împotriva frecării depinde de cale. În prezența frecării, o anumită energie este întotdeauna pierdută sub formă de căldură. Astfel, energia mecanică nu este conservată.
Frecarea uscată
Frecarea uscată se opune mișcării laterale relative a două suprafețe solide în contact. Cele două regimuri de frecare uscată sunt „frecarea statică” („sticție”) între suprafețele care nu se mișcă și frecarea cinetică (uneori numită frecare alunecoasă sau frecare dinamică) între suprafețele în mișcare.
Frecarea Coulomb, numită după Charles-Augustin de Coulomb, este un model aproximativ folosit pentru a calcula forța de frecare uscată. Direcția forței de frecare pe o suprafață este opusă mișcării pe care suprafața o va experimenta în absența fricțiunii. Astfel, în cazul static, forța de frecare este cea care va împiedica mișcarea între suprafețe; ea echilibrează forța netă care tinde să provoace o astfel de mișcare. În acest caz, există o valoare de prag pentru această forță, peste care va începe mișcarea. Această valoare de prag este cunoscută sub numele de tracțiune.
Legi ale frecării uscate
Proprietatea elementară a frecării glisante (cinetice) a fost descoperită prin experiment în secolele XV-XVIII și a fost exprimată în trei legi empirice:
- Prima lege a lui Amontons: forța de frecare este direct proporțională cu sarcina aplicată.
- Legea a doua a lui Amonton: Forța de frecare este independentă de zona aparentă de contact.
- Legea de frecare a lui Coulomb: Frecarea cinetică este independentă de viteza de alunecare.
Lasă un răspuns