Γιατί η στατική τριβή είναι μεγαλύτερη από την κινητική τριβή;

Η στατική τριβή είναι μεγαλύτερη από την κινητική τριβή, επειδή υπάρχουν περισσότερες δυνάμεις που λειτουργούν για να κρατήσουν ένα αντικείμενο ακίνητο από ό,τι οι δυνάμεις που εργάζονται για να αντισταθούν σε ένα αντικείμενο όταν αυτό βρίσκεται σε κίνηση.

Βοηθήσατε ποτέ έναν φίλο να αναδιατάξει το διαμέρισμά του για ένα μεγάλο πάρτι ή απλώς για μια εποχική αλλαγή του χώρου του; Τα περισσότερα αντικείμενα μπορούν να μετακινηθούν εύκολα, αλλά τα βαριά απαιτούν συνήθως κάποια ομαδική εργασία και κοινή προσπάθεια. Πριν ξεκινήσετε να σπρώχνετε τον καναπέ από τη μια πλευρά του δωματίου στην άλλη, συνήθως συζητάτε πού σκοπεύετε να τον μετακινήσετε, επειδή θέλετε να τον μετακινήσετε όσο το δυνατόν λιγότερες φορές.

Καναπές μετατόπισης ζευγαριού (Προσφορά φωτογραφίας :Andrey_Popov/Shutterstock)

Μπορεί να μην το γνωρίζετε, αλλά ο λόγος που προτιμάτε να ελαχιστοποιείτε τον αριθμό των κινήσεων είναι λόγω της στατικής τριβής και της κινητικής τριβής. Βασικά, μόλις βάλετε πραγματικά τον μεγάλο καναπέ να κινείται στο πάτωμα, είναι πολύ πιο εύκολο να συνεχίσετε να τον σύρετε μέχρι να φτάσει στη νέα θέση, αντί να σταματάτε κάθε λίγα μέτρα για να ξεκουραστείτε. Γιατί συμβαίνει αυτό; Με πιο συγκεκριμένα επιστημονικούς όρους, γιατί η στατική τριβή είναι μεγαλύτερη από την κινητική τριβή;

Η Επιστήμη της Τριβής

Για όσους δεν είναι εξοικειωμένοι με τη λέξη, «τριβή» είναι η αντίσταση που αντιμετωπίζει ένα αντικείμενο ή επιφάνεια όταν κινείται πάνω από ένα άλλο αντικείμενο ή επιφάνεια. Υπάρχουν διάφοροι τύποι τριβής που εφαρμόζονται σε στρώματα ρευστού και άλλες ουσίες, όπως ξηρή τριβή, τριβή δέρματος, εσωτερική τριβή, τριβή υγρού και λιπανθείσα τριβή . Αυτά μπορούν να ισχύουν σε διαφορετικά σενάρια στα οποία υπάρχουν αντικείμενα, από την τριβή του υγρού που τρέχει στην επιφάνεια του δέρματος έως την εσωτερική αντίσταση ενός αντικειμένου καθώς αλλάζει μορφή (χημικά ή φυσικά).

Η τριβή είναι μια κρίσιμη δύναμη στον κόσμο, δεδομένου ότι αντιστέκεται και σταθεροποιεί την κίνηση με αμέτρητους διαφορετικούς τρόπους. Είμαστε σε θέση να τρέξουμε στο έδαφος και να κερδίσουμε ταχύτητα λόγω των δυνάμεων τριβής μεταξύ των ποδιών μας και του εδάφους, δίνοντάς μας τη δύναμη να «σπρώξουμε» προς τα εμπρός σε μια επίπεδη επιφάνεια. Ομοίως, τα αυτοκίνητα οχήματα βασίζονται στην τριβή για να παραμείνουν υπό έλεγχο όταν πετούν στον αυτοκινητόδρομο ή όταν χτυπούν γύρω από σφιχτές στροφές. Το πρωταρχικό αποτέλεσμα της τριβής είναι η δημιουργία ενέργειας με τη μορφή θερμότητας, επειδή η τριβή μεταξύ δύο επιφανειών μεταφέρει την κινητική ενέργεια σε θερμότητα. Ωστόσο, δεν είναι όλες οι τριβές καλές, καθώς μπορεί επίσης να οδηγήσουν σε φθορά, όπως στις σόλες των παπουτσιών σας, στην επιφάνεια των επίπλων σας προς το δάπεδο ή στους τροχούς του αυτοκινήτου σας.

Σήμερα, θα εξετάσουμε τις δύο ποικιλίες αντίστασης που ισχύουν για την ξηρή τριβή - τη δύναμη που αντιτίθεται στην κίνηση δύο στερεών αντικειμένων των οποίων οι επιφάνειες έρχονται σε επαφή. Το παραπάνω παράδειγμα της μετακίνησης του καναπέ στο δωμάτιο είναι μια μορφή ξηρής τριβής, ο βασικός τύπος που εφαρμόζεται συχνότερα στην καθημερινή μας ζωή.

Κινητική τριβή εναντίον στατικής τριβής

Οι δύο τύποι τριβής που παίζουν ρόλο όταν κινούνται δύο αντικείμενα μεταξύ τους είναι η στατική τριβή και η κινητική τριβή. Η στατική τριβή είναι η δύναμη που κρατά ένα ακίνητο αντικείμενο στη θέση του. Αυτή η στατική τριβή θα παραμείνει στη θέση της έως ότου η ασκούμενη δύναμη στο αντικείμενο υπερνικήσει τη στατική δύναμη τριβής. Η δύναμη της βαρύτητας ενεργεί στο αντικείμενο ανά πάσα στιγμή, είτε είναι ακίνητο είτε εν κινήσει, επομένως μπορεί να εξαλειφθεί από αυτήν τη συζήτηση, για λόγους απλότητας.

Εξήγηση τριβής

Στατική τριβή

Όταν συζητάμε για στατική τριβή , είναι σημαντικό να κατέβουμε στο μικροσκοπικό επίπεδο. Η επιφάνεια κάθε αντικειμένου είναι ανομοιόμορφη στη μικροσκοπική κλίμακα, ανεξάρτητα από το πόσο λεία μπορεί να αισθάνεται στην αφή. Ακόμη και ένα ολοκαίνουργιο δάπεδο από λινέλαιο, όταν εξεταστεί με μικροσκόπιο, θα έχει κορυφές και κοιλάδες, όπως ένας τοπογραφικός χάρτης της επιφάνειας γεμάτος οροσειρές και φαράγγια. Πιο επίσημα, αυτές οι μικροσκοπικές επιφανειακές ανωμαλίες αναφέρονται ως αδιέξοδοι. Όταν ένα άλλο αντικείμενο - με το δικό του μοναδικό σύνολο ανωμαλιών - έρχεται σε επαφή με το δάπεδο, αυτές οι ανισότητες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και αντιπροσωπεύουν τα πραγματικά σημεία επαφής μεταξύ των δύο επιφανειών. Ενώ ένα κουτί μπορεί να φαίνεται να κάθεται «ξεπλυμένο» στο πάτωμα, αυτό είναι μόνο οι φαινομενικές περιοχές επαφής t; αγγίζουν μόνο τα συγκεκριμένα σημεία όπου αλληλεπιδρούν οι μικροσκοπικές ανωμαλίες, τα οποία ονομάζονται πραγματικές περιοχές επαφής .

Σε μοριακό επίπεδο, αυτές οι πραγματικές περιοχές επαφής βρίσκονται υπό τεράστιες ποσότητες πίεσης και οι διαμοριακές δυνάμεις προκαλούν μια μορφή δεσμού (ψυχρή συγκόλληση) μεταξύ των μορίων. Αυτό δημιουργεί πρόσφυση μεταξύ των δύο επιφανειών, ένα από τα κύρια στοιχεία στατικής τριβής που αντιστέκονται στην κίνηση. Ωστόσο, αυτό δεν είναι όλη η ιστορία… η παρέμβαση των ασπιράδων προκαλεί μια σύμπλεξη των επιφανειών. Με άλλα λόγια, τα βουνά του ενός τοπογραφικού χάρτη μπορεί να πέφτουν στις κοιλάδες του άλλου. Αυτό συμβάλλει περαιτέρω στη στατική τριβή, επειδή αυτές οι περιοχές της επιφάνειας πρέπει να παραμορφωθούν ή να μετατοπιστούν μέσω μιας εφαρμοζόμενης δύναμης προτού μπορέσει να ξεπεραστεί το όριο στατικής τριβής. Μεταξύ των διαμοριακών δυνάμεων και της σύμπλεξης των επιφανειακών ανισοτήτων, η στατική τριβή αντιπροσωπεύει μια σημαντική δύναμη!

Κινητική τριβή

Η κινητική τριβή, από την άλλη πλευρά, εμφανίζεται τη στιγμή που ξεπερνιέται το όριο στατικής τριβής, δηλαδή τη στιγμή που ένα αντικείμενο αρχίζει να κινείται ενάντια σε άλλη επιφάνεια. Μόλις σπάσουν οι διαμοριακοί δεσμοί και ξεμπερδέψουν οι επιφάνειες, οι επιφάνειες μπορούν να γλιστρήσουν η μία πάνω στην άλλη. Αυτό δεν σημαίνει ότι αφαιρούνται όλες οι αντίπαλες δυνάμεις, αλλά μειώνονται. Κάποια αλληλεπίδραση μεταξύ των στροφών των επιφανειών θα συνεχιστεί, αλλά δεν θα έχουν αρκετό χρόνο να «εγκατασταθούν» μεταξύ τους λόγω της συνεχούς κίνησης. Ομοίως, οι διαμοριακές δυνάμεις μεταξύ των δύο επιφανειών που προκύπτουν από τη συμπίεση δεν θα αναπτυχθούν.

Μόλις εξαλειφθούν οι δύο δυνάμεις που αντιτίθενται στην κίνηση, η κίνηση μπορεί να συμβεί πιο ελεύθερα, πράγμα που σημαίνει ότι η δύναμη της κινητικής τριβής είναι μικρότερη από τη δύναμη της στατικής τριβής. Σε πρακτικούς όρους, δεν θα χρειαστεί να ασκήσετε τόση δύναμη για να διατηρήσετε το αντικείμενο σε κίνηση, όση χρειαζόσασταν για να μετακινήσετε το αντικείμενο εξαρχής. Διατηρώντας ένα αντικείμενο σε κίνηση καθώς το γλιστράτε στην επιφάνεια ενός άλλου αντικειμένου, αντί να σταματάτε και να επιτρέπετε στη στατική τριβή να επανέλθει, μειώνετε τη συνολική ενεργειακή δαπάνη που απαιτείται για την ολοκλήρωση της κίνησης.

Μια τελευταία λέξη

Οι ζωές μας λειτουργούν σε μια συνεχή ροή μεταξύ κινητικής και στατικής τριβής, μεταξύ κίνησης και ακινησίας. Η κατανόηση της βασικής φυσικής πίσω από αυτούς τους τύπους τριβής σάς δίνει μεγαλύτερη εκτίμηση για το πώς τα πάντα κινούνται στον κόσμο και μπορεί επίσης να είναι μια καθοδηγητική δύναμη την επόμενη φορά που κάποιος από τους φίλους σας θα σας ζητήσει να βοηθήσετε το feng shui το διαμέρισμά τους!