In fysiikka , kitka (tai kitka ) on vuorovaikutus , joka vastustaa suhteellisen liikkeen kahden järjestelmän yhteydessä. Kitkaa voidaan tutkia samalla tavalla kuin muun tyyppisiä voimia tai vääntömomentteja . Sen toiminnalle on ominaista standardi ja suunta , mikä tekee siitä vektorin . Runkoon luodun kitkavoiman (tai vääntömomentin) suuntaus on vastakohta kyseisen ruumiin suhteelliselle siirtymälle suhteessa ympäristöön. Tiede , joka tutkii kitka kiintoaineiden on tribologian .
Tribologia on monimutkainen siinä mielessä, että kitka ei johdu alkeellisesta vuorovaikutuksesta , vaan se johtuu useista syistä, lähinnä sähkömagneettisista voimista ja kosketuksissa olevien pintojen atomien välisestä vaihto-vuorovaikutuksesta . Nämä samat voimat ovat myös pelissä tartunnassa , joka vastustaa liikkeen luomista, jota tästä syystä voidaan tutkia yhdessä.
Kitkan läsnäolo on pitkään johtanut siihen, että sitä ei pidetä vuorovaikutuksena vaan luonnon perusominaisuuksina. Siksi aristoteleisessa fysiikassa katsottiin, että esineet pystyivät ylläpitämään liikkumistaan vain, jos niihin kohdistettiin edelleen voimaa. Tähtitieteellisten liikkeiden havaitseminen , joille kitkan vaikutus on vähäinen, johtaa tämän fysiikan kyseenalaistamiseen ja Newtonin mekaniikan vakiinnuttamiseen .
Kitkan tutkimisen edelläkävijä Leonardo da Vinci tutki sen periaatteita ja kehitti vuonna 1508 kaksi lausumaa.
Ensimmäisessä todetaan, että kitkavoima on verrannollinen kuormitukseen, tässä kuormalla tarkoitetaan voimaa, joka puristaa nämä kaksi pintaa toisiaan vasten. Toisessa lausunnossa mainitaan, että kitkavoima on riippumaton kosketusalueesta.
Vuonna 1699 Guillaume Amontons teki samat johtopäätökset kuin Leonardo da Vinci ja teki kolmannen löydön: kitkakerroin ei riipu nopeudesta.
Kitkaa on kahta päätyyppiä:
Kuiva kitka on riippumaton liukumisnopeudesta. Se jakautuu kahteen tilanteeseen, jotka johtuvat Coulombin laista .
Staattinen kuiva kitkaStaattinen kitka on voima (tai vääntömomentti), joka pyrkii pitämään ruumiin staattisessa tilassa .
Kun voimaa kohdistetaan pintaan lepäävään esineeseen (pidetään paikallaan), kyseisen voiman pinnan suuntainen komponentti kompensoidaan vastakkaisella staattisella kitkavoimalla, joka pitää kohteen paikallaan niin kauan kuin kohdistetun voiman yhdensuuntainen komponentti ei ylitä enimmäisarvoa. Kokeellinen havainto osoittaa, että ensimmäisenä arvioina tämä maksimiarvo riippuu vain ruumiin näennäisestä painosta ja staattisen kitkan kertoimesta, mutta ei kosketusalueesta. Staattisen kitkan kerroin puolestaan riippuu kosketuksissa olevien pintojen luonteesta.
Matemaattisesti staattinen kitka on vastoin kohdistetun voiman tangentiaalista komponenttia , ja sen intensiteetti on pienempi tai yhtä suuri kuin staattisen kitkan kerroin kerrottuna näennäispainolla :
Heti kun tangentiaalinen voima ylittää staattisen kitkan maksimiarvon, esine alkaa liukua käytetyn voiman ohjaamana.
Sama päättely voidaan soveltaa kitkamomentin tapauksessa.
Kineettinen (tai dynaaminen) kuiva kitkaKun esine liukuu pinnan yli, kitkavoimaa kutsutaan kineettiseksi kitaksi. Tämä kitka yleensä hidastaa kohdetta. Kokeellinen havainto osoittaa, että ensimmäisenä likiarvona kineettisen kitkan voimakkuus vaihtelee kohteen näennäispainon ja kineettisen kitkakertoimen funktiona, mutta ei kosketusalueen tai nopeuden mukaan. Kineettisen kitkan kerroin, kuten staattisen kitkan kerroin, vaihtelee kosketuksessa olevien materiaalien tyypin mukaan.
Matemaattisesti kineettinen kitka ei ole enää välttämättä vastoin kohdistetun voiman tangentiaalista komponenttia (josta voi myös tulla nolla), mutta se on kohteen nopeuden vastainen, ja sen voimakkuus on yhtä suuri kuin kineettisen kitkan kerroin kerrottuna näennäisellä paino .
Sama päättely voidaan soveltaa kitkamomentin tapauksessa.
Viskoosikitka on kitkavoima (tai vääntömomentti), joka riippuu kahden liikkuvan kappaleen suhteellisesta nopeudesta. Se ilmaistaan eri tavalla riippuen siitä, onko kyseessä kahden voidelun kiinteän aineen välinen kontakti vai rungon liike nestemäisessä väliaineessa.
Voiteleva viskoosi kitkaKun otetaan huomioon kaksi viskoosilla nesteellä erotettua pintaa, kitka noudattaa Stribeckin lakia (kuva vastapäätä).
Kitka tai kitkavoima (tai kitka) nestemekaniikassaIn virtausmekaniikka , vetää on voima, joka vastustaa liikkumista kehon nestettä tai kaasua. Tämä vetovoima hajoaa paine- ja kitka- (tai kitka) vastukseksi. Jälkimmäinen johtuu todellakin nesteen hiukkasten kitkasta kehon pinnalla, vaikka tiukasti ottaen kehoa koskettava nestekerros ei ole liikkeessä kehon pintaan nähden (sanomme, että hän kostuttaa sen ). Jos nestekerros, joka on suorassa kosketuksessa kehon kanssa, on liikkumaton kehon suhteen, se pyrkii toisaalta tarttumaan sen päälle liukuvan toisen nestekerroksen kanssa (viskoosilla kitkalla): Juuri tämä viskoosi kitkavoima, jonka ensimmäinen kerros välittää kehoon.
Nestemekaniikassa viskositeetin kitkan tutkiminen on viskositeettia säätelevän rajakerroksen tutkimuksen ydin . Esimerkiksi Airbusissa 45% aerodynaamisesta vastuksesta tulee ilman kitkasta koneen eri pinnoilla.
Vaikka kitkavastus on paikallisesti lineaarinen ilmiö, insinöörien kohdalla se laskee kitkakertoimen, joka on määritetty dynaamisen paineen perusteella, joka on verrannollinen nopeuden neliöön, mikä riippuu kuitenkin voimakkaasti Reynoldien lukumäärästä kuka johtaa ilmiötä. Kitkakerroin määritellään seuraavasti:
määritelmä, jossa:
Kitkaa tutkittaessa on tärkeää erottaa todellinen kosketusalue näennäisestä kosketusalueesta. Siten jopa kiillotetuilla esineillä , jotka näyttävät täysin sileiltä, on minimaalisia epäsäännöllisyyksiä. Näiden epäsäännöllisyyksien korkeimmat kohdat, karheus, edustavat usein hyvin pientä osaa kokonaispinnasta. Juuri tämä pieni osa, jota kutsutaan todelliseksi kosketusalueeksi, on tosiasiassa kosketuksessa toisen pinnan kanssa ja joka aiheuttaa kitkan, eikä kehon kasvojen kokonaispinta-ala tai näennäinen kosketusalue.
Kitkat ovat mukana valtaosassa fyysisiä ilmiöitä jokapäiväisessä elämässä. Niitä käytetään joskus hyväksi (esimerkiksi jarrutukseen , sahaamiseen , kiillotukseen , pesuun jne.), Mutta niillä on myös valitettavia seurauksia ( kuluminen , energian ja tehokkuuden menetys , lämmitys jne.) Ihmisille. Elävät ja monet teknologiset ja taloudelliset sovellukset.
Kitkan vähentämiseksi on mahdollista levittää voiteluainetta kyseisten kahden pinnan väliin tai käyttää mekaanista laakeria, joka muuttaa liukukitkan paljon pienemmäksi vierintäkitkaksi.
Kitkan lisäämiseksi on mahdollista lisätä pintojen karheutta . Näin tehdään jäisten teiden hiomalla .
Tribometri on väline, joka mittaa kitkaa pinnalle.
: tämän artikkelin lähteenä käytetty asiakirja.