Comment augmenter les frottements?

Ce frottement est différent du frottement statique - le frottement qui se produit lorsqu'un objet commence — En fait, ce frottement est différent du frottement statique - le frottement qui se produit lorsqu'un objet commence à se déplacer contre un autre.

Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi vos mains chauffent lorsque vous les frottez rapidement ou pourquoi frotter deux bâtons ensemble peut éventuellement déclencher un incendie? La réponse est la friction! Lorsque deux surfaces se frottent l'une contre l'autre, elles résistent naturellement au mouvement de l'autre à un niveau microscopique. Cette résistance peut provoquer la libération d'énergie sous forme de chaleur, réchauffer vos mains, déclencher un incendie, etc. Plus le frottement est important, plus l'énergie libérée est importante, donc savoir augmenter le frottement entre les pièces mobiles d'un système mécanique peut potentiellement vous permettre de générer beaucoup de chaleur!

Méthode 1 sur 2: création d'une surface plus frottante

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Créez un point de contact «plus rugueux» ou plus adhésif. Lorsque deux matériaux glissent ou frottent l'un contre l'autre, trois choses peuvent se produire: les petits coins, recoins et irrégularités des surfaces peuvent s'accrocher; une ou les deux surfaces peuvent se déformer en réponse au mouvement; et, enfin, les atomes à l'intérieur de chaque surface peuvent interagir les uns avec les autres. Pour des raisons pratiques, ces trois effets font la même chose: générer des frictions. Choisir des surfaces abrasives (comme du papier de verre), qui se déforment lorsqu'elles sont pressées (comme du caoutchouc) ou qui ont des interactions adhésives avec d'autres surfaces (comme de la colle collante, etc.) est un moyen simple d'augmenter la friction.
- Les manuels d'ingénierie et les ressources similaires peuvent être d'excellents outils pour choisir les matériaux à utiliser pour générer une friction élevée. La plupart des matériaux de construction standard ont des "coefficients de friction" connus, c'est-à-dire des mesures de la friction qu'ils génèrent avec d'autres surfaces. Les coefficients de frottement de glissement pour quelques matériaux courants sont répertoriés ci-dessous (des coefficients plus élevés indiquent un frottement plus important):
- Aluminium sur aluminium: 0,34
- Bois sur bois: 0,129
- Béton sec sur caoutchouc: 0,6-0,85
- Béton humide sur caoutchouc: 0,45-0,75
- Glace sur glace: 0,01
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Appuyez plus fort sur les deux surfaces. Un principe fondamental de la physique de base est que la friction subie par un objet est proportionnelle à sa force normale (pour nos besoins, il s'agit essentiellement de la force avec laquelle il exerce une pression sur l'objet contre lequel il glisse). Cela signifie que le frottement entre deux surfaces peut être augmenté si les surfaces sont pressées l'une contre l'autre avec une plus grande force.
- Si vous avez déjà utilisé un jeu de freins à disque (par exemple, sur une voiture ou un vélo), vous avez observé ce principe en action. Dans ce cas, appuyer sur les freins d'une voiture pousse un ensemble de plaquettes génératrices de friction dans des disques métalliques fixés aux roues. Plus les freins sont poussés fort, plus les plaquettes sont enfoncées dans les disques et plus la friction est générée. Cela peut arrêter le véhicule rapidement, mais peut également dégager beaucoup de chaleur, c'est pourquoi un jeu de freins est généralement assez chaud après un freinage brusque. Sur un vélo, les plaquettes de frein appuient sur le cadre métallique du pneu pour les empêcher de tourner.
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Arrêtez tout mouvement relatif. C'est-à-dire que si une surface est en mouvement par rapport à une autre, arrêtez-la. Jusqu'à présent, nous nous sommes concentrés sur la friction cinétique (ou "glissante") - la friction qui se produit entre deux objets ou surfaces lorsqu'ils frottent l'un contre l'autre. En fait, ce frottement est différent du frottement statique - le frottement qui se produit lorsqu'un objet commence à se déplacer contre un autre. Essentiellement, la friction entre deux objets est la plus grande à droite lorsqu'ils commencent à se déplacer l'un contre l'autre. Une fois qu'ils sont déjà en mouvement, la friction diminue. C'est l'une des raisons pour lesquelles il est plus difficile de commencer à pousser un objet lourd que de continuer à le déplacer.
- Essayez cette expérience simple pour observer la différence entre le frottement statique et cinétique: placez une chaise ou un autre meuble sur un sol lisse dans votre maison (pas de tapis ou de moquette). Assurez-vous que les meubles n'ont pas de «patins» protecteurs ou tout autre type de matériau sur le fond qui pourrait faciliter le glissement sur le sol. Essayez de pousser le meuble juste assez fort pour qu'il commence à bouger. Vous devriez remarquer que dès que le meuble commence à bouger, il devient immédiatement un peu plus facile à pousser. En effet, le frottement cinétique entre le meuble et le sol est inférieur au frottement statique.
Comment la vitesse peut-elle augmenter la friction?
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Enlever la lubrification entre les deux surfaces. Les lubrifiants comme l'huile, la graisse, la vaseline, etc. peuvent réduire considérablement la friction entre deux objets ou surfaces. En effet, le frottement entre deux solides est généralement beaucoup plus élevé que le frottement entre ces solides et le liquide entre eux. Pour augmenter la friction, essayez de supprimer tous les lubrifiants de l'équation, en utilisant uniquement des pièces "sèches" non lubrifiées pour générer une friction.
- Pour voir le potentiel de réduction de friction des lubrifiants, essayez cette expérience simple: frottez-vous les mains comme si elles étaient froides et que vous vouliez les réchauffer. Vous devriez immédiatement remarquer qu'ils chauffent à cause de la friction. Ensuite, mettez une bonne quantité de lotion dans vos paumes et essayez la même chose. Non seulement il devrait être plus facile de se frotter rapidement les mains l'une contre l'autre, mais vous devriez également remarquer beaucoup moins de chaleur.
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Retirez les roues ou les roulements pour créer une friction de glissement. Les roues, roulements et autres objets «roulants» subissent un type particulier de frottement appelé frottement de roulement. Cette friction est presque toujours bien inférieure à la friction générée par le simple glissement d'un objet équivalent sur le sol. - C'est pourquoi ces objets ont tendance à rouler plutôt qu'à glisser sur le sol. Pour augmenter la friction dans un système mécanique, essayez de retirer les roues, les roulements, etc. afin que les pièces frottent les unes contre les autres plutôt que de rouler les unes contre les autres.
- Par exemple, considérez la différence entre tirer un poids lourd sur le sol dans un wagon et tirer un poids similaire dans un traîneau. Un wagon a des roues, il est donc plus facile à tirer qu'un traîneau, qui traîne contre le sol, générant beaucoup de friction de glissement au fur et à mesure.
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Augmenter la viscosité du fluide. Les objets solides ne sont pas les seuls à générer des frictions. Les fluides (liquides et gaz comme l'eau et l'air, respectivement) peuvent également générer des frictions. La quantité de frottement qu'un fluide génère lorsqu'il passe contre un solide dépend de plusieurs facteurs. L'un des plus faciles à contrôler est la viscosité du fluide, c'est-à-dire ce qu'on appelle communément son "épaisseur". Généralement, les fluides très visqueux (ceux qui sont "épais", "gluants", etc.) génèrent plus de friction que les fluides moins visqueux (ceux qui sont "lisses" et "liquides").
- Par exemple, considérez la différence d'effort que vous pourriez ressentir lorsque vous soufflez de l'eau à travers une paille par rapport à souffler du miel à travers une paille. L'eau, qui n'est pas très visqueuse, est très facile à aspirer et à souffler dans une paille. Le miel, en revanche, est un peu plus difficile à déplacer à travers une paille. C'est parce que la viscosité élevée du miel génère beaucoup de friction résistive lorsqu'il est forcé à travers un tube étroit comme une paille.

Méthode 2 sur 2: augmenter la traînée de fluide

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Augmenter la viscosité du fluide. Le milieu à travers lequel un objet se déplace exerce une force sur les surfaces de l'objet qui, dans l'ensemble, constituent la force de friction agissant sur l'objet. Plus un fluide est dense (plus visqueux), plus un objet sous l'effet d'une force donnée se déplacera lentement dans le fluide. Par exemple, une bille tombera plus rapidement dans l'air que dans l'eau et dans l'eau plus rapidement que la mélasse.
- La viscosité de la plupart des fluides peut être augmentée en abaissant la température du fluide. Par exemple, une bille tombe plus lentement dans la mélasse froide que dans la mélasse à température ambiante.
Cette friction est presque toujours bien inférieure à la friction générée par le simple glissement d'un objet équivalent sur le sol.
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Augmenter la surface exposée à l'air. Comme indiqué ci-dessus, les fluides comme l'eau et l'air peuvent générer des frictions lorsqu'ils se déplacent contre des objets solides. La force de friction qu'un objet subit lorsqu'il se déplace dans un fluide est appelée traînée (on l'appelle parfois «résistance à l'air», « résistance à l'eau», etc.) L'une des propriétés de la traînée est que les objets avec des profils plus grands, ou surface, au fluide lorsqu'ils le traversent - ont une plus grande traînée. Le fluide a plus d'espace total contre lequel pousser, ce qui augmente la friction sur l'objet lorsqu'il le traverse.
- Par exemple, disons qu'un caillou et une feuille de papier pèsent tous les deux un gramme. Si nous laissons tomber les deux en même temps, le caillou tombera directement sur le sol, tandis que le papier dérivera lentement vers le sol. C'est le principe de la traînée en action - l'air pousse contre la grande face large du papier, produisant une traînée et l'amenant à traverser l'air beaucoup plus lentement que le caillou, qui a une section transversale relativement petite.
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Utilisez une forme avec un coefficient de traînée plus élevé. Alors que la section transversale d'un objet est une bonne indication générale de l'importance de sa traînée, en fait, les calculs de traînée sont légèrement plus compliqués. Différentes formes interagissent avec les fluides de différentes manières lorsqu'elles les traversent - cela signifie que certaines formes (par exemple, des plaques plates) peuvent avoir une plus grande résistance que différentes formes (par exemple, des sphères) faites de la même quantité de matériau. Étant donné que la quantité qui mesure la quantité relative de traînée produite par une forme est appelée "coefficient de traînée", on dit que les formes avec des traînées élevées ont des coefficients de traînée élevés.
- Par exemple, considérons une aile d'avion. La forme d'une aile d'avion typique s'appelle un profil aérodynamique. Cette forme, qui est lisse, étroite, arrondie et lisse, passe facilement dans l'air. Il a un coefficient de traînée très faible - 0,45. D'un autre côté, imaginez si un avion avait des ailes pointues, carrées, en forme de prisme. Ces ailes généreraient beaucoup plus de friction car elles ne passeraient pas sans une grande résistance. En fait, les prismes ont un coefficient de traînée plus élevé que les profils aérodynamiques - environ 1,14.
- Les objets avec des "flux corporels" plus gros et plus carrés génèrent généralement plus de traînée que les autres objets. D'autre part, les objets avec des flux corporels profilés sont étroits, ont des bords arrondis et se rétrécissent généralement vers l'arrière de l'objet - comme le corps d'un poisson.
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Utilisez un matériau moins perméable. Certains types de matériaux sont perméables aux fluides. En d'autres termes, ils ont des trous dans lesquels le fluide peut passer. Cela réduit efficacement la zone de l'objet contre laquelle le fluide est capable de pousser, abaissant la force de traînée. Cette propriété est vraie même si les trous sont microscopiques - tant que les trous sont assez grands pour laisser passer une partie du fluide à travers l'objet, la traînée sera réduite. C'est pourquoi les parachutes, qui sont conçus pour créer beaucoup de traînée pour ralentir la vitesse de chute de l'utilisateur, sont faits de soie ou de nylon résistants et légers et non de gaze ou de filtres à café.
- Pour un exemple de cette propriété en action, considérons le fait qu'une raquette de ping-pong peut être balancée plus rapidement si quelques trous y sont percés. Les trous laissent passer l'air lorsque la pagaie est balancée, réduisant considérablement la traînée et permettant à la pagaie de se déplacer plus rapidement.
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Augmenter la vitesse de l'objet. Enfin, quelle que soit la forme d'un objet ou la perméabilité du matériau à partir duquel il est fabriqué, la traînée qu'il crée augmentera toujours à mesure qu'il ira plus vite. Plus un objet va vite, plus il doit se déplacer de manière fluide et, par conséquent, plus il subit une traînée importante. Les objets se déplaçant à très grande vitesse peuvent subir un frottement très élevé en raison de la traînée, de sorte que ces objets doivent généralement être très profilés ou ils se désintégreront sous la force de la traînée.
- Par exemple, considérons le Lockheed SR-71" Blackbird", un avion espion expérimental construit pendant la guerre froide. Le Blackbird, qui pouvait voler à des vitesses supérieures à mach 3,2, a subi des forces de traînée extrêmes à ces vitesses élevées malgré sa conception aérodynamique - suffisamment extrêmes, en fait, pour que le fuselage métallique de l'avion se dilate à cause de la chaleur générée. par le frottement de l'air en plein vol.

Pour augmenter la friction, essayez de supprimer tous les lubrifiants de l'équation, en utilisant uniquement des pièces "sèches" non lubrifiées pour générer une friction.

Mises en garde

Un frottement extrêmement élevé peut libérer beaucoup d'énergie sous forme de chaleur! Par exemple, vous ne voudrez pas toucher les plaquettes de frein d'une voiture juste après avoir appuyé sur les freins!
Des forces de traînée élevées peuvent causer des dommages structurels à un objet traversant un fluide. Par exemple, si vous collez le côté plat d'un mince morceau de contreplaqué dans l'eau pendant que vous naviguez dans un hors-bord, il y a de fortes chances qu'il se brise.

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Comment augmenter les frottements?

Pas

Méthode 1 sur 2: création d'une surface plus frottante

Méthode 2 sur 2: augmenter la traînée de fluide

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