Pdf downloaden
Pdf downloaden
Heb je je ooit afgevraagd waarom je handen warm worden wanneer je ze snel tegen elkaar aanwrijft of waarom je door twee stokjes tegen elkaar aan te schuren daadwerkelijk een vuur kunt maken? Het antwoord is wrijving! Wanneer twee oppervlakken tegen elkaar aan wrijven zullen ze op een microscopisch niveau elkaars beweging tegenwerken. Deze weerstand zal energie opwekken in de vorm van hitte, waarmee je je handen kunt warmen, een vuur kunt maken, etc. [1] X Bron Hoe groter de wrijving, des te meer energie zal er vrijkomen, dus weten hoe je de wrijving groter kunt maken tussen twee bewegende delen in een mechanisch systeem geeft je in principe de mogelijkheid om veel warmte op te wekken!
Stappen
-
Creëer meer “ruwe” of kleverige contactpunten. Wanneer twee materialen tegen elkaar glijden of wrijven, kunnen er drie dingen gebeuren: kleine hoekjes, scheurtjes en onregelmatigheden op het oppervlak kunnen in elkaar gaan haken; een of beide oppervlakken kunnen gaan vervormen als reactie op de beweging; en, uiteindelijk, kunnen de atomen in elk oppervlak op elkaar gaan reageren. [2] X Bron Voor praktische doeleinden doen al deze drie dingen hetzelfde: wrijving opwekken. Het uitkiezen van oppervlakken die schurend zijn (zoals schuurpapier), vervormen (zoals rubber) of kleverig zijn (zoals lijm, etc.) is een eenvoudige manier om wrijving groter te maken.
- Technische studieboeken en gelijksoortige bronnen kunnen geweldige hulpmiddelen zijn bij het uitkiezen van materialen die je kunt gebruiken voor het vergroten van wrijving. De meeste standaard bouwmaterialen hebben een bekende "wrijvingscoëfficiënt" — dat is een maat voor hoeveel wrijving er gegenereerd wordt samen met andere oppervlakken. De wrijvingscoëfficiënten voor een slechts een paar bekende materialen staan hieronder aangegeven (een hogere waarde geeft een hogere wrijving aan): [3] X Bron
- Aluminium op aluminium: 0,34
- Hout op hout: 0,129
- Droog beton op rubber: 0,6-0,85
- Nat beton op rubber: 0,45-0,75
- IJs op ijs: 0,01
-
Duw de twee oppervlakken harder tegen elkaar aan. Een basisdefinitie binnen de natuurkunde stelt dat de wrijving die een object ondergaat evenredig is met de normaalkracht (voor ons doel is deze kracht gelijk aan die waarmee het object tegen het andere duwt). [4] X Bron Dit houdt in dat de wrijving tussen twee oppervlakken vergroot kan worden als de oppervlakken met meer kracht tegen elkaar aan worden geduwd.
- Als je ooit remschijven hebt gebruikt (bijvoorbeeld die van een auto of een fiets) dan heb je dit principe wel in actie gezien. Hierbij worden door het indrukken van de remmen een stel wrijving genererende blokken tegen metalen schijven aan geduwd die vastgemaakt zijn aan de wielen. Hoe harder je de remmen induwt, des te harder zullen de blokken tegen de schijven aan worden gedrukt en zal er meer wrijving ontstaan. Hiermee kun je het voertuig snel stoppen, maar komt er ook veel hitte vrij, de reden waarom remsystemen vaak erg heet zijn na zwaar remmen. [5] X Bron
-
Stop elke relatieve beweging. Dit houdt in dat als een oppervlak zich ten opzichte van een ander oppervlak beweegt, dat je dat stopt. Tot nu toe hebben we ons gericht op dynamische (of "glijdende") wrijving — de wrijving die zich voordoet wanneer twee objecten of oppervlakken tegen elkaar aan wrijven. In feite is deze vorm van wrijving anders dan statische wrijving — de wrijving die zich voordoet wanneer een object begint te bewegen tegen een ander object aan. In essentie is de wrijving tussen twee objecten het grootst wanneer ze beginnen met tegen elkaar aan te bewegen. Zijn ze eenmaal in beweging, dan neemt de wrijving af. Dit is een van de redenen waarom het moeilijk is om een zwaar object in beweging te krijgen dan het te houden. [6] X Bron
- Probeer het volgende eenvoudige experiment om het verschil tussen statische en dynamische wrijving te observeren: plaats een stoel of een ander meubelstuk op een gladde vloer in je huis (niet op een kleed of vloerbedekking). Zorg dat het meubel geen beschermende "noppen" aan de onderkant heeft of een ander soort materiaal waardoor het makkelijker wordt om het over de vloer te schuiven. Probeer het meubel net hard genoeg te duwen zodat het begint met bewegen. Je zou op moeten merken dat zodra het meubel gaat bewegen, het meteen veel gemakkelijker wordt om te duwen. Dit komt omdat de dynamische wrijving tussen meubel en vloer kleiner is dan de statische wrijving.
-
Verwijder vloeistoffen tussen de oppervlakken. Vloeistoffen zoals olie, vet, vaseline, enz., kunnen de wrijving tussen objecten en oppervlakken significant verminderen. Dit komt omdat de wrijving tussen twee vaste stoffen meestal veel hoger is dan die tussen vaste stoffen en een vloeistof er tussenin. Om de wrijving te verhogen kun je alle mogelijke vloeistoffen uit de vergelijking halen, waarbij alleen "droge" onderdelen zorgen voor wrijving.
- Probeer het volgende eenvoudige experiment om een idee te krijgen van de mate waarin vloeistoffen wrijving kan verminderen: Wrijf je handen tegen elkaar als ze koud zijn en je ze op wilt warmen. Je zou per direct moeten kunnen waarnemen dat ze warmer worden door het wrijven. Doe vervolgens een redelijke hoeveelheid lotion op je handpalmen en probeer hetzelfde nogmaals te doen. Niet alleen zou het gemakkelijker moeten zijn om je handen snel tegen elkaar te wrijven, maar ook zal je merken dat ze minder warm worden.
-
Verwijder wielen of dragers om glijdende wrijving te creëren. Wielen, dragers en andere "rollende" objecten ondervinden een speciaal soort wrijving genaamd rolwrijving. Deze wrijving is bijna altijd minder groot dan de wrijving die wordt gegenereerd door hetzelfde object over de grond te schuiven. — Dit is de reden waarom deze objecten de neiging hebben om te rollen en niet te glijden over de grond. Om de wrijving in een mechanisch systeem te vergroten kun je de wielen, dragers, etc. verwijderen, zodat de onderdelen tegen elkaar schuiven, niet rollen. [7] X Bron
- Neem bijvoorbeeld het verschil in overweging tussen het trekken van een zwaar gewicht over de grond in een wagon versus een gelijksoortig gewicht in een slede. Een wagon heeft wielen, en is dus gemakkelijker om te trekken dan een slede, welke langs de grond sleept en onderwijl veel glijwrijving genereert.
-
Vergroot de viscositeit. Vaste objecten zijn niet de enige dingen die wrijving kunnen creëren. Vloeibare stoffen (vloeistoffen en gassen als water lucht, respectievelijk) kunnen ook wrijving opwekken. De hoeveelheid wrijving die een vloeibare stof genereert als het langs een vast stof stroomt is afhankelijk van meerdere factoren. Een van de gemakkelijkste om onder controle te krijgen is de viscositeit — dat is wat algemeen wel "dikte" genoemd wordt. Over het algemeen zullen vloeistoffen met een grote viscositeit (die zijn "dik", "kleverig", etc.) meer wrijving veroorzaken dan vloeistoffen die minder viscoos zijn (die zijn "glad" en "vloeibaar").
- Denk bijvoorbeeld maar eens aan het verschil in inspanning die je zal moeten leveren als je water door een rietje blaast versus het blazen van honing door een rietje. Water is niet erg viscoos en zal gemakkelijk door het rietje bewegen. Honing is veel lastiger om door een rietje te blazen. Dit komt omdat de hoge viscositeit van de honing veel weerstand en dus wrijving opwekt als het door een nauw buisje zoals een rietje wordt geblazen. [8] X Bron
Advertentie
-
Verhoog de viscositeit van de vloeistof. Het medium waar een object zich door verplaatst oefent een kracht uit op het object dat, als geheel, probeert de wrijvingskracht op het object probeert op te heffen. Hoe dichter een vloeistof is (en dus meer viscoos), des te langzamer zal een object onder invloed van een gegeven kracht zich door die vloeistof zal bewegen. Bijvoorbeeld: een knikker zal veel sneller door lucht vallen dan door water, en door water weer sneller dan door stroop.
- Viscositeit van de meeste vloeistoffen kan worden verhoogd door de temperatuur te verlagen. Bijvoorbeeld: een knikker valt langzamer door koude stroop dan door stroop op kamertemperatuur.
-
Vergroot het gebied dat blootgesteld wordt aan lucht. Zoals hierboven al aangegeven kunnen vloeibare stoffen zoals water en lucht wrijving genereren als ze langs vaste stoffen stromen. De wrijvingskracht welke een object ervaart terwijl het door een vloeibare stof beweegt heet weerstand (dit heet afhankelijk van het medium ook wel "luchtweerstand", "waterweerstand", etc.) Een van de eigenschappen van weerstand is dat een object met een grotere doorsnede— dat wil zeggen, een object met een groter profiel als het door de vloeistof beweegt — meer weerstand ervaart. De vloeistof heeft daardoor meer oppervlak om tegen te duwen, waardoor de wrijving op het object groter wordt als het erdoor beweegt.
- Stel dat een kiezelsteen en een vel papier beide een gram wegen. Laten we beide op hetzelfde moment vallen, dan zal de kiezelsteen recht naar beneden vallen terwijl het vel papier langzaam naar beneden zal dwarrelen. Dit is waarbij je de luchtweerstand in actie ziet — de lucht duwt tegen het grote, brede oppervlak van het papier waardoor er weerstand ontstaat en het papier veel langzamer naar beneden valt dan de kiezelsteen, die een relatief smalle doorsnede heeft.
-
Kies een vorm met een grotere weerstand. Hoewel de doorsnede van een object een goede algemene indicatie is van de grootte van de weerstand, in werkelijkheid zijn weerstandsberekeningen een stuk ingewikkelder. Verschillende vormen gedragen zich op verschillende manieren in de vloeistoffen waar ze doorheen gaan — dit houdt in dat sommige vormen (bijv. platte platen), meer weerstand ondervinden dan andere vormen (bijv. bollen) die van hetzelfde materiaal zijn gemaakt. [9] X Bron Omdat de maat voor de relatieve grootte van de luchtweerstand ook wel de "weerstandscoëfficiënt" heet, wordt wel gezegd dat vormen met een grote luchtweerstand, een grotere weerstandscoëfficiënt hebben.
- Denk bijvoorbeeld maar eens aan de vleugels van een vliegtuig. De vorm van een typische vleugel van een vliegtuig heet een vleugelprofiel . Deze gladde, smalle en afgeronde vorm, beweegt zich gemakkelijk door lucht. De weerstandscoëfficiënt is erg laag — 0.45. Aan de andere kant kun je je voorstellen dat een vleugel scherpe hoeken heeft, blokvormig is of er als een prisma uitziet. Deze vleugels genereren veel meer wrijving omdat ze veel weerstand opwekken tijdens de vlucht. Prisma's hebben dus een grotere weerstandscoëfficiënt dan vleugelprofielen — ongeveer 1.14. [10] X Bron
-
Zorg dat het object minder gestroomlijnd is. Een ander fenomeen dat in relatie staat tot de verschillende weerstandscoëfficiënten van de diverse vormen, is dat objecten met een grotere, meer blokvormige "stroomlijn", over het algemeen meer weerstand opwekken dan andere objecten. Deze objecten bestaan uit ruwe, rechte lijnen en worden naar achteren toe meestal niet smaller. Aan de andere kant zijn gestroomlijnde objecten vaak meer afgerond en lopen naar de achterkant taps toe — zoals het lichaam van een vis.
- Bijvoorbeeld: de manier waarop tegenwoordig de gemiddelde gezinsauto is ontworpen vergeleken met hetzelfde type decennia geleden. In het verleden waren auto's veel blokkiger en hadden veel meer rechte en rechthoekige lijnen. Tegenwoordig zijn de meeste gezinsauto's veel gestroomlijnder en voor een groot deel zacht afgerond. Dit is met opzet gedaan — een gestroomlijnde vorm zorgt ervoor dat een auto minder luchtweerstand ondervindt, waardoor de motor minder hard hoeft te werken om de auto voort te bewegen (en waardoor het benzineverbruik afneemt). [11] X Bron
-
Gebruik materiaal dat minder lucht doorlaat. Sommige materialen laten vloeistoffen en gassen door. Met andere woorden, er zitten gaatjes in war de vloeistof doorheen kan komen. Dit zorgt ervoor dat het oppervlak van het object waar de vloeistof tegenaan duwt kleiner wordt, waardoor er dus minder weerstand is. Deze eigenschap blijft zelfs geldig als de gaatjes microscopisch klein zijn — zolang de gaatjes groot genoeg zijn om vloeistof/lucht door te laten zal de weerstand worden verminderd. Dit is de reden dat parachutes, ontworpen om veel luchtweerstand op te weken en daarmee de valsnelheid van iemand of iets te verkleinen, gemaakt zijn van sterke, lichte zijde of nylon en niet van katoen of koffiefilters.
- Om een voorbeeld te geven van deze eigenschap in actie, kun je nadenken over wat er gebeurt met een pingpongbatje als je er een paar gaten in boort. Het wordt dan veel gemakkelijker om het batje snel te bewegen. De gaatjes laten lucht door tijdens het zwaaien met het batje, waardoor de weerstand enorm wordt verminderd en het batje sneller kan bewegen.
-
6Verhoog de snelheid van het object. Als laatste, ongeacht de vorm van een object of hoe permeabel het materiaal is waarvan het is gemaakt, de weerstand die het ondervindt zal altijd groter worden als het sneller beweegt. Hoe sneller een object zich voortbeweegt, des te meer vloeistof zal het moeten verplaatsen waardoor de weerstand ook weer groter wordt. Objecten die met zeer hoge snelheden bewegen kunnen een zeer hoge wrijving ondervinden door de hoge weerstand, dus zullen deze objecten meestal er gestroomlijnd zijn of anders zullen ze uit elkaar vallen door de kracht van de weerstand.
- Denk maar eens aan de Lockheed SR-71 "Blackbird", een experimenteel vliegtuig voor spionagedoeleinden, gebouwd tijdens de koude oorlog. De Blackbird die met snelheden groter dan mach 3,2 kon vliegen, ondervond extreme weerstanden vanwege die hoge snelheden, ondanks het gestroomlijnde ontwerp — extreem genoeg om de metalen romp van het vliegtuig te doen uitzetten vanwege de door wrijving van de lucht ontstane hitte tijdens het vliegen. [12] X Bron
Advertentie
Waarschuwingen
- Extreem hoge wrijving kan veel energie vrijmaken in de vorm van hitte! Je wilt bijvoorbeeld echt niet aan de remblokken van je auto zitten, vlak nadat je hard op de rem hebt getrapt!
- De grote krachten die vrijkomen bij het slepen door een vloeistof kan structurele schade toebrengen aan dat object. Als je bijvoorbeeld de platte kant van een dun stuk triplex in het water steekt terwijl je met een speedboot vaart, dan is de kans groot dat het aan flarden zal worden gereten.
Advertentie
Bronnen
- ↑ http://www.livescience.com/37161-what-is-friction.html
- ↑ http://www.school-for-champions.com/science/friction_causes.htm# .VBx4gRbHRL0
- ↑ http://blog.mechguru.com/machine-design/typical-coefficient-of-friction-values-for-common-materials/
- ↑ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/frict3.html
- ↑ http://www.comsol.com/model/heat-generation-in-a-disc-brake-102
- ↑ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/frict2.html
- ↑ http://www.phy.davidson.edu/fachome/dmb/PY430/Friction/rolling.html
- ↑ http://physics.stackexchange.com/questions/40824/is-water-considered-a-substance-with-low-friction-or-high-friction
- ↑ http://exploration.grc.nasa.gov/education/rocket/shaped.html
Over dit artikel
Deze pagina is 4.902 keer bekeken.
Advertentie
Meld je aan voor de gratis nieuwsbrief van wikiHow!
Je vindt dan elke week handige handleidingen in je inbox.
Meld me aan!
