Berapa gaya gesekan gelinding dan rumus apa yang dapat digunakan untuk menghitungnya?

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-02 17:49

Kondisi teknologi saat ini akan terlihat sangat berbeda jika umat manusia di masa lalu tidak belajar menggunakan gaya gesekan bergulir untuk keuntungannya sendiri. Apa itu, mengapa muncul dan bagaimana cara menghitungnya, masalah ini dibahas dalam artikel.

Apa itu gesekan guling?

Di bawah ini dipahami gaya fisik yang muncul dalam semua kasus ketika satu objek tidak meluncur, tetapi menggelinding di permukaan yang lain. Contoh gaya gesekan menggelinding adalah menggerakkan roda gerobak kayu di jalan tanah atau mengendarai roda mobil di aspal, menggelindingkan bola logam dan bantalan jarum pada poros baja, menggerakkan roller cat di dinding, dan sebagainya.

Tidak seperti gaya gesekan statik dan geser, yang disebabkan oleh interaksi pada tingkat atomik permukaan kasar benda dan permukaan, penyebab gesekan gelinding adalah histeresis deformasi.

Mari kita jelaskan fakta bernama pada contoh roda. Ketika bersentuhan denganbenar-benar setiap permukaan padat, maka di zona kontak ada mikrodeformasi di daerah elastis. Begitu roda berputar melalui sudut tertentu, deformasi elastis ini akan hilang, dan bodi akan kembali ke bentuknya. Namun demikian, sebagai akibat dari roda bergulir, siklus kompresi dan pemulihan bentuk berulang, yang disertai dengan kehilangan energi dan gangguan mikroskopis pada struktur lapisan permukaan roda. Kehilangan ini disebut histeresis. Saat bergerak, mereka memanifestasikan dirinya dalam terjadinya gaya gesekan bergulir.

Penggulingan benda yang tidak dapat dideformasi

Mari kita pertimbangkan kasus ideal ketika roda, yang bergerak pada permukaan yang benar-benar padat, tidak mengalami mikrodeformasi. Dalam hal ini, zona kontaknya dengan permukaan akan sesuai dengan segmen lurus, yang luasnya sama dengan nol.

Saat bergerak, empat gaya bekerja pada roda. Ini adalah gaya traksi F, gaya reaksi pendukung N, berat roda P dan gesekan f_r. Tiga gaya pertama bersifat sentral (bekerja pada pusat massa roda), sehingga tidak menghasilkan torsi. Gaya f_{r bekerja secara tangensial terhadap pelek roda. Momen gesekan gelinding adalah:}

M=f_rr.

Di sini, jari-jari roda ditunjukkan dengan huruf r.

Gaya N dan P bekerja vertikal, oleh karena itu, dalam kasus gerakan seragam, gaya gesekan f_{rakan sama dengan gaya dorong F:}

F=f_r.

Kekuatan kecil yang tak terhingga F akan mampu mengatasi f_{r dan roda akan mulai bergerak. Inikesimpulan mengarah pada fakta bahwa dalam kasus roda yang tidak dapat dideformasi, gaya gesekan menggelinding adalah nol.}

Penggulingan benda (nyata) yang dapat dideformasi

Dalam kasus benda nyata, sebagai akibat dari deformasi roda, luas dukungannya di permukaan tidak sama dengan nol. Sebagai pendekatan pertama, itu adalah persegi panjang, dengan sisi l dan 2d. Di mana l adalah lebar roda, yang tidak terlalu menarik bagi kami. Munculnya gaya gesekan guling justru disebabkan oleh nilai 2d.

Seperti dalam kasus roda yang tidak dapat dideformasi, keempat gaya yang disebutkan di atas juga bekerja pada benda nyata. Semua hubungan di antara mereka dipertahankan kecuali satu: gaya reaksi penyangga sebagai akibat dari deformasi tidak akan bekerja melalui poros pada roda, tetapi akan dipindahkan relatif terhadapnya sejauh d, yaitu, ia akan mengambil bagian dalam penciptaan torsi. Rumus untuk momen M dalam kasus roda nyata berbentuk:

M=Nd - f_rr.

Kesamaan dengan nol dari nilai M adalah kondisi untuk menggelindingkan roda secara merata. Hasilnya, kita sampai pada persamaan:

f_r=d/rN.

Karena N sama dengan berat benda, kita mendapatkan rumus akhir untuk gaya gesekan menggelinding:

f_r=d/rP.

Ungkapan ini berisi hasil yang berguna: seiring bertambahnya jari-jari r roda, gaya gesekan f_r.

Koefisien tahanan gelinding dan koefisien gelinding

Tidak seperti gaya gesekan istirahat dan geser, menggelinding dicirikan oleh dua yang saling bergantungkoefisien. Yang pertama adalah nilai d yang dijelaskan di atas. Disebut koefisien tahanan gelinding karena semakin besar nilainya, semakin besar gaya f_{r. Untuk roda kereta api, mobil, bantalan logam, nilai d terletak dalam sepersepuluh milimeter.}

Koefisien kedua adalah koefisien rolling itu sendiri. Ini adalah besaran tak berdimensi dan sama dengan:

C_r=d/r.

Dalam banyak tabel, nilai ini diberikan, karena lebih mudah digunakan untuk menyelesaikan masalah praktis daripada nilai d. Dalam kebanyakan kasus praktis, nilai C_{r tidak melebihi beberapa ratus (0,01-0,06).}

Kondisi bergulir untuk benda nyata

Di atas kita mendapatkan rumus untuk gaya f_r. Mari kita tuliskan melalui koefisien C_r:

f_r=C_rP.

Dapat dilihat bahwa bentuknya mirip dengan gaya gesekan statis, di mana alih-alih C_{r, nilai digunakan - koefisien gesekan statis.}

Draft force F akan menyebabkan roda menggelinding hanya jika lebih besar dari f_r. Namun, gaya dorong F juga dapat menyebabkan slip jika melebihi gaya diam yang sesuai. Jadi, syarat untuk menggelindingkan benda nyata adalah gaya f_{r lebih kecil dari gaya gesekan statis.}

Dalam kebanyakan kasus, nilai koefisien adalah 1-2 kali lipat lebih tinggi dari nilai C_r. Namun, dalam beberapa situasi (adanya salju, es,cairan berminyak, kotoran) dapat menjadi lebih kecil dari C_{r. Dalam kasus terakhir, selip roda akan diamati.}