Content

• Per trepitjar
• Mètode 1 de 2: crear una superfície més rugosa
• Mètode 2 de 2: augmentar la resistència en un líquid o gas
• Advertiments

Us heu preguntat mai per què les mans s’escalfen quan les fregueu ràpidament o per què en realitat podeu encendre fregant dos pals? La resposta és la fricció! Quan dues superfícies es freguen l’una contra l’altra, contrarestaran el moviment de l’altre a un nivell microscòpic. Aquesta resistència generarà energia en forma de calor, que podeu utilitzar per escalfar les mans, fer foc, etc. Com més gran sigui el fregament, més energia s’alliberarà, així que sabeu com augmentar el fregament entre dos en moviment. les peces d’un sistema mecànic bàsicament us ofereixen l’oportunitat de generar molta calor.

Per trepitjar

Mètode 1 de 2: crear una superfície més rugosa

1. Creeu més punts de contacte "rugosos" o enganxosos. Quan dos materials es llisquen o es freguen entre ells, poden passar tres coses: petites cantonades, esquerdes i irregularitats a la superfície poden quedar atrapades; una o ambdues superfícies es poden deformar en resposta al moviment; i, finalment, els àtoms de qualsevol superfície poden començar a interactuar entre ells. A efectes pràctics, tots tres fan el mateix: crear friccions. Recollir superfícies abrasives (com el paper de vidre), deformar-se (com el cautxú) o enganxoses (com la cola, etc.) és una manera fàcil d’augmentar la fricció.
   • Els manuals tècnics i recursos similars poden ser de gran ajuda per seleccionar materials que s’utilitzaran per augmentar la fricció. La majoria dels materials de construcció estàndard tenen un "coeficient de fricció" conegut, és a dir, una mesura de la quantitat de fricció que es genera juntament amb altres superfícies. A continuació s'enumeren els coeficients de fricció per a alguns materials coneguts (un valor més alt indica una fricció més alta):
   • Alumini sobre alumini: 0,34
   • Fusta sobre fusta: 0,129
   • Formigó sec sobre cautxú: 0,6-0,85
   • Formigó humit sobre cautxú: 0,45-0,75
   • Gel sobre gel: 0,01
2. Premeu les dues superfícies juntes amb més força. Una definició bàsica en física estableix que la fricció que sofreix un objecte és proporcional a la força normal (per al nostre propòsit, aquesta força és igual a la que l’objecte empeny contra l’altre). Això significa que la fricció entre dues superfícies es pot augmentar si les superfícies s’uneixen amb més força.
   • Si alguna vegada heu utilitzat discs de fre (per exemple, aquells que porten un cotxe o una bicicleta), heu vist aquest principi en acció. En aquest cas, prement els frens, s’empeny un conjunt de blocs generadors de fricció contra discos metàl·lics que s’uneixen a les rodes. Com més premeu els frens, més premeu els blocs contra els discs i hi haurà més fricció. Això us permet aturar el vehicle ràpidament, però també allibera molta calor, motiu pel qual els sistemes de frenada solen estar molt calents després de frenar intensament.
3. Atureu qualsevol moviment relatiu. Això vol dir que si una superfície es mou respecte a una altra, l’aturareu. Fins ara ens hem centrat en dinàmic (o "lliscant") fricció: la fricció que es produeix quan dos objectes o superfícies es freguen entre si. De fet, aquesta forma de fricció és diferent de estàtic fricció: la fricció que es produeix quan un objecte comença a moure’s contra un altre objecte. En essència, la fricció entre dos objectes és més gran quan comencen a moure’s l’un contra l’altre. Un cop estan en moviment, la fricció disminueix. Aquest és un dels motius pels quals és difícil fer moure un objecte pesat que mantenir-lo.
   • Per observar la diferència entre fricció estàtica i dinàmica, proveu el següent experiment senzill: Col·loqueu una cadira o un altre moble sobre un terra llis de casa (no sobre una catifa o catifa). Assegureu-vos que els mobles no tenen cap "tacs" de protecció a la part inferior ni cap altre tipus de material que faciliti el lliscament per terra. Proveu els mobles només premeu prou fort perquè comenci a moure’s. Heu de notar que un cop els mobles comencen a moure’s, de seguida es fa molt més fàcil d’empènyer. Això es deu al fet que la fricció dinàmica entre els mobles i el terra és menor que la fricció estàtica.
4. Traieu els líquids de les superfícies. Líquids com oli, greixos, gelea de petroli, etc., poden reduir significativament la fricció entre objectes i superfícies. Això es deu al fet que la fricció entre dos sòlids sol ser molt superior a la que hi ha entre els sòlids i un líquid intermedi. Per augmentar la fricció, podeu treure tots els líquids possibles de l'equació, només les parts "seques" causen fricció.
   • Proveu el següent experiment senzill per fer-vos una idea de fins a quin punt els líquids poden reduir la fricció: fregueu-vos les mans si estan fredes i voleu escalfar-les. Hauríeu de poder notar immediatament que s’estan escalfant després del fregament. A continuació, poseu una bona quantitat de loció a les mans i intenteu tornar a fer el mateix. No només ha de ser més fàcil fregar-se les mans ràpidament, sinó que també notarà que s’escalfen menys.
5. Traieu les rodes o els suports per crear friccions lliscants. Les rodes, els portadors i altres objectes "rodants" experimenten un tipus especial de fricció anomenat fricció rodant. Aquesta fricció és gairebé sempre inferior a la fricció que es genera en lliscar el mateix objecte sobre el terra. - És per això que aquests objectes tendeixen a rodar i a no lliscar per terra. Per augmentar la fricció en un sistema mecànic, podeu treure les rodes, els portadors, etc. de manera que les peces llisquin l’un contra l’altre i no rodin.
   • Penseu, per exemple, en la diferència entre treure un pes pesat sobre el terra en un carro contra un pes equivalent en un carro. Un vagó té rodes, de manera que és més fàcil d’estirar que un carro, que s’arrossega per terra mentre genera molta fricció lliscant.
6. Augmenteu la viscositat. Els objectes sòlids no són les úniques coses que poden crear fricció. Les substàncies líquides (líquids i gasos com l’aigua i l’aire, respectivament) també poden crear friccions. La quantitat de fricció que genera un líquid quan flueix més enllà d'un sòlid depèn de diversos factors. Un dels més fàcils de controlar és la viscositat, que és el que normalment es coneix com a "gruix". En general, els líquids amb una viscositat elevada ("gruixuts", "enganxosos", etc.) causaran més fricció que els líquids menys viscosos (són "suaus" i "líquids").
   • Per exemple, tingueu en compte la diferència d’esforç que haureu de fer quan bufeu aigua a través d’una palla enfront de bufar mel a través d’una palla. L’aigua no és molt viscosa i es mourà fàcilment per la palla. La mel és molt més difícil de bufar a través d’una palla. Això es deu al fet que l’alta viscositat de la mel genera molta resistència i, per tant, fricció quan es bufa a través d’un tub estret com una palla.

Mètode 2 de 2: augmentar la resistència en un líquid o gas

1. Augmenteu la viscositat del líquid. El mitjà pel qual viatja un objecte exerceix una força sobre l'objecte que, en el seu conjunt, intenta cancel·lar la força de fricció sobre l'objecte. Com més dens sigui un líquid (i, per tant, més viscós), més lent es desplaçarà un objecte a través d’aquest líquid sota la influència d’una força determinada. Per exemple: un marbre caurà per l’aire molt més ràpid que per l’aigua i per l’aigua més ràpid que per xarop.
   • La viscositat de la majoria dels líquids es pot augmentar baixant la temperatura. Per exemple: un marbre cau més lentament per xarop fred que per xarop a temperatura ambient.
2. Augmenteu la zona exposada a l’aire. Com s’ha indicat anteriorment, les substàncies líquides com l’aigua i l’aire poden generar fricció quan flueixen més enllà dels sòlids. La força de fricció que experimenta un objecte mentre es mou a través d’una substància líquida s’anomena resistència (depenent del medi, també s’anomena “resistència a l’aire”, “resistència a l’aigua”, etc.). Una de les propietats de la resistència és que un objecte amb una secció transversal més gran, és a dir, un objecte amb un perfil més gran a mesura que es mou a través del fluid, experimenta més resistència. D’aquesta manera, el líquid té més superfície contra la qual empènyer, cosa que augmenta la fricció sobre l’objecte a mesura que es mou per ell.
   • Suposem que un còdol i un full de paper pesen un gram cadascun. Si deixem caure tots dos al mateix temps, el còdol caurà recte cap avall mentre el full de paper girarà lentament cap avall. Aquí és on es veu la resistència de l’aire en acció: l’aire empeny contra la superfície gran i ampla del paper creant resistència i el paper cau molt més lentament que el còdol, que té una secció transversal relativament estreta.
3. Trieu una forma amb més resistència. Tot i que la secció transversal d’un objecte és bona general és una indicació de la mida de la resistència, en realitat els càlculs de resistències són molt més complicats. Diferents formes es comporten de manera diferent en els líquids que travessen; això vol dir que algunes formes (per exemple, plaques planes) són més resistents que d’altres (per exemple, esferes) fetes del mateix material. Com que la mesura de la magnitud relativa de la resistència de l'aire també s'anomena "coeficient d'arrossegament", es diu que les formes amb una gran resistència a l'aire tenen un coeficient d'arrossegament superior.
   • Penseu, per exemple, en les ales d’un avió. La forma d’una ala típica d’un avió s’anomena a làmina aèria. Aquesta forma llisa, estreta i arrodonida es mou fàcilment per l’aire. El coeficient d’arrossegament és molt baix: 0,45. D’altra banda, us podeu imaginar que una ala té angles nítids, té forma de bloc o sembla un prisma. Aquestes ales generen molta més fricció perquè generen molta resistència al vol. Els prismes tenen, per tant, un coeficient d’arrossegament més gran que els perfils de les ales: aproximadament 1,14.
4. Feu que l’objecte sigui menys racional. Un altre fenomen relacionat amb els diferents coeficients d'arrossegament de les diverses formes és que els objectes amb un "carenat" més gran i quadrat generalment generen més arrossegament que altres objectes. Aquests objectes consisteixen en línies rectes i rugoses i normalment no es redueixen cap a la part posterior. D'altra banda, els objectes estilitzats sovint són més arrodonits i es redueixen cap a l'esquena, com el cos d'un peix.
   • Per exemple, la manera com es dissenya avui el cotxe familiar mitjà en comparació amb el mateix tipus de fa dècades. En el passat, els cotxes eren molt més bloquejats i tenien línies molt més rectes i rectangulars. Avui en dia, la majoria de vehicles familiars són molt més aerodinàmics i, en gran mesura, arrodonits suaument. Això es fa a propòsit: una forma simplificada significa que un cotxe experimenta menys arrossegament, reduint l'esforç del motor per moure el cotxe (i reduint el quilometratge del gas).
5. Utilitzeu material que permeti passar menys aire. Alguns materials permeten passar líquids i gasos. Dit d’una altra manera, hi ha forats per passar el líquid. Això garanteix que la superfície de l’objecte contra el qual empeny el líquid sigui més petita, de manera que hi hagi menys resistència.Aquesta propietat continua sent vàlida fins i tot si els forats són microscòpics; sempre que els forats siguin prou grans per permetre el pas de líquid / aire, la resistència es reduirà. Per això, els paracaigudes, dissenyats per generar molta resistència a l'aire i, per tant, reduir la velocitat de caiguda d'algú o alguna cosa, estan fets de seda lleugera o niló resistent i no de filtres de cotó o cafè.
   • Per posar un exemple d’aquesta propietat en acció, penseu en què passa amb un ratpenat de ping pong quan hi practiqueu uns quants forats. Aleshores es fa molt més fàcil moure la pala ràpidament. Els forats permeten passar l’aire mentre gira la pala, cosa que redueix considerablement la resistència i permet que la pala es mogui més ràpidament.
6. Augmenteu la velocitat de l'objecte. Finalment, independentment de la forma d’un objecte o de la permeabilitat del material amb què estigui compost, la resistència que trobi sempre augmentarà a mesura que es mogui més ràpid. Com més ràpid es mou un objecte, més líquid haurà de moure’s, cosa que al seu torn augmenta la resistència. Els objectes que es mouen a velocitats molt altes poden experimentar friccions molt elevades a causa de l’elevada resistència, de manera que aquests objectes se solen simplificar allà o bé es desfaran a causa de la força de la resistència.
   • Penseu en el Lockheed SR-71 "Blackbird", un avió experimental espia construït durant la Guerra Freda. El Blackbird, que podia volar a velocitats superiors a mach 3.2, va trobar una resistència extrema per part d’aquestes altes velocitats, malgrat el seu disseny simplificat, prou extrem per fer que el fuselatge metàl·lic de l’avió s’expandís a causa de la calor generada per la fricció de l’aire durant el vol. .

Advertiments

• Una fricció extremadament alta pot alliberar molta energia en forma de calor. Per exemple, realment no voleu tocar les pastilles de fre del vostre cotxe just després de tocar els frens amb força!
• Les grans forces alliberades quan s’arrosseguen a través d’un fluid poden causar danys estructurals a aquest objecte. Per exemple, si enganxeu el costat pla d'una fina peça de fusta contraxapada a l'aigua mentre navegueu amb una llanxa ràpida, és probable que es trenqui a trossos.