Сила сцепления – Характеристики силы сцепления в твердых телах, жидкостях и газах, примеры / физика | Thpanorama

Содержание

3.10. Сила и коэффициент сцепления колес автомобиля с дорогой

Значение тяговой силы, необходимой для движения, ограни­чено вследствие действия силы сцепления колес с дорогой.

Под силой сцепления понимают силу, противодействующую скольжению колеса относительно поверхности дороги. Она равна силе трения, возникающей в месте контакта колеса с дорогой.

Сила сцепления

гдеRZ, — нормальная реакция дороги; φ — коэффициент сцепления.

Равномерное качение колеса без скольжения и буксования воз­можно только при выполнении условия Если тяговая сила больше силы сцепления, то автомобиль движется с пробуксовкой ведущих колес. Это происходит, например, тогда, ког­да при движении по сухой дороге он попадает на участок со скользким покрытием. Если же автомобиль стоял на месте, то не только движение, но и его трогание с места невозможны.

Коэффициент сцепления. Этот коэффициент во многом определяет

значение силы сцепления. В зависимости от направления скольжения колеса относительно поверхности дороги различают коэффициенты продольного φх и поперечного φу сцепления. Эти коэффициенты зависят от одних и тех же факторов, и можно счи­тать, что они практически равны .

На коэффициент продольного сцепления φх оказывают влияние многие конструктивные и эксплуатационные факторы. Он определяется экспериментально. Ниже приведены средние значения φx,- для различных дорог и состояний их поверхности:

Сухое Мокрое

Асфальтобетонное шоссе………………. 0,7…0,8 0,35…0,45

Дорога с щебенчатым покрытием …. 0,6…0,7 0,3…0,4

Грунтовая дорога ………………………….. 0,5…0,6 0,2…0,4

Снег …………………………………………….. 0,2 0.3

Лед……………………………………………….. 0,1 0.2

Рассмотрим, как влияют различные конструктивные и эксплуатационные факторы на коэффициент продольного сцепления.

Тип и состояние покрытия дороги.

На сухих дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления имеет наибольшее значение, так как в этом случае он обусловливается не только трением сколь­жения, но и межмолекулярным взаимодействием материалов ко­леса и дороги (механическим зацеплением). На мокрых дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления существенно уменьшается (в 1,5 2)

Рис. 3.10. Рисунки протектора шин: а, б — дорожный; в, г — универсальный; д—з — повышенной проходимости

Рис. 3.11. Зависимости коэффициента сцепления от давления воздуха в шине (а), скорости движения (б) и вертикальной нагрузки на колесо (в)

раза по сравнению с сухими дорогами, так как между колесом и дорогой образуется пленка из частиц грунта и воды. На деформируемых дорогах коэффициент сцепления зави­сит от внутреннего трения в грунте и сопротивления грунта срезу.

Рисунок протектора шины (рис. 3.10). Дорожный рисунок про­тектора обеспечивает наибольший коэффициент сцепления на дорогах с твердым покрытием, универсальный — на дорогах смешанного типа, а рисунок протектора повышенной проходимости — в тяжелых дорожных условиях и по бездорожью. По мере изнашивания рисунка протектора значение коэффициента сцеп­ления уменьшается.

Внутреннее давление воздуха в шине. При увеличении давле­ния воздуха в шине (рис. 3.11, а) коэффициент сцепления сначала возрастает, а затем уменьшается.

Скорость движения. При увеличении скорости движения (рис. 3.11, б) коэффициент сцепления сначала возрастает, а по­том падает.

Нагрузка на колесо. Увеличение вертикальной нагрузки на колесо (рис. 3.11, в) приводит к незначительному уменьшению ко­эффициента сцепления.

Коэффициент сцепления существенно влияет на безопасность движения. Его недостаточно высокое значение вызывает много­численные аварии и несчастные случаи на дорогах. Как показали исследования, по этой причине происходит 15% общего числа дорожно-транспортных происшествий, а в неблагоприятные пе­риоды года — около 70 %. Исследованиями установлено, что для обеспечения безопасного движения значение коэффициента сцеп­ления должно составлять не менее 0,4.

Рис. 3.12. Силы сопротивления движению автомобиля

1.29. Сцепление и трение скольжения

Рассмотрим равновесие тела лежащего на горизонтальной шероховатой поверхности OXY (рис. 1.73).

Рис. 1.73

На тело действуют сила тяжести G и нормальная реакция N этой поверхности. Нетрудно видеть, что: G = – N; G = N. При этом реакция N перпендикулярна опорной поверхности OXY.

Если к телу, покоящемуся на шероховатой горизонтальной поверхности приложить горизонтальную силу S , то действие этой силы вызовет отклонение реакции R от нормали к этой поверхности на угол φss (рис. 1.74).

Рис. 1.74

Угол φSS называют углом сцепления. Реакцию R шероховатой поверхности раскладывают на горизонтальную Fss и вертикальную N составляющие.

R = Fss + N,

где Fssсила сцепления; N – нормальная реакция.

Сила Fss противодействует смещению тела по шероховатой поверхности.

Модули Fss, N сил Fss, N связаны соотношением

Fss = tg(φss)·N.

Как правило, в технических расчётах используют понятие коэффициент сцепления fss = tg(φss). Тогда имеем

Fss = fss·N.

Из условия равновесия тела на шероховатой поверхности получим Fss = S.

Благодаря сцеплению тело остается в покое при изменении модуля силы S от нуля до некоторого значения Smax. При значении Smax тело начинает двигаться по шероховатой поверхности. В инженерной практике говорят, что тело в этот момент времени находится в состоянии предельного равновесия.

Угол φss сцепления, а следовательно, и коэффициент сцепления зависят от материала и физического состояния соприкасающихся тел и определяется экспериментально при предельном равновесии тела на шероховатой поверхности. В справочной литературе коэффициент сцепления φss имеет максимальное значение. Его величина для материалов, используемых в технике, обычно меньше единицы. Зачастую в технической литературе коэффициент f

ss называют коэффициентом трения в покое.

Так как максимальное значение силы сцепления Fssmax равно fss·N, то модуль силы сцепления всегда удовлетворяет условию

Fss ≤ fss·N.

Направление силы сцепления противоположно направлению того движения, которое возникло бы под действием приложенных к телу сил при отсутствии сцепления.

При скольжении тела по шероховатой поверхности её реакция отклоняется от нормали на угол φtr ( рис. 1.75), который называют углом трения.

К

Рис. 1.75

ак правило, реакцию шероховатой поверхности раскладывают на горизонтальную и вертикальную составляющие.

R = Ftr + N,

где Ftrсила трения скольжения; N – нормальная реакция.

Сила Ftr противодействует перемещению тела по шероховатой поверхности, поэтому её направление противоположно направлению скорости VC. Модуль Ftr силы трения скольжения Ftr пропорционален модулю N нормальной реакции N.

Ftr = tg(φtr)·N = ftr·N,

где ftr = tg(φtr) – коэффициент трения скольжения.

Коэффициент трения скольжения зависит от материала и физического состояния трущихся поверхностей, а также от скорости движения тела и удельного давления. Однако в элементарных расчётах зависимость коэффициента трения скольжения от скорости и удельного давления часто не учитывается. Экспериментально установлено, что f

tr < fss.

Величины коэффициентов трения скольжения определяются опытным путем и приводятся в справочной литературе.

Следует отметить, что силы Fss, Ftr относятся к разряду внешних сил, так как они являются реакциями связей.

Так как в справочной литературе приведены максимальные значения коэффициентов fss, то их применяют при решении задач статики, когда механическая система находится в состоянии предельного равновесия.

Таким образом, при решении задач статики предельного состояния механической системы к уравнениям равновесия добавляют уравнение: Fss

= fss·N.

В частности, для плоской произвольной системы сил имеем:

Σ + Σ= 0; (1)

Σ + Σ= 0; (2)

Σ MA(FiE) + Σ MA(RiE) = 0; (3)

Fss = fss·N. (4)

где Σ, Σ – соответственно суммы проекций активных сил на координатные оси OX, OY; Σ

, Σ – суммы проекций реакций внешних связей на координатные оси OX, OY; Σ MA(FiE) – сумма алгебраических моментов активных сил FiE относительно точки А; Σ MA(RiE) – сумма алгебраических моментов реакций RiE внешних связей относительно точки А.

Выполнение курсовых заданий на сцепление и трение скольжения для заочной и дистанционной форм обучения не предусмотрено. Однако задачи такого типа включены в дидактические единицы интернет-экзамена. Рассмотрим один из примеров решения задачи на предельное равновесие механической системы.

Пример.

Тело весом G = 20 Н удерживается в равновесии на шероховатой наклонной поверхности с углом наклона α = 30о силой S. Коэффициент сцепления fss = 0,3 (рис. 1.76).

Определить минимальное Smin значение силы Smin для перемещения тела вверх по наклонной плоскости.

Рис. 1.76

Решение.

Приложим к телу активные силы G , Smin и реакции N , Fss шероховатой поверхности (рис. 1.77).

Рис. 1.77

Модули Fss, N сил Fss, N связаны соотношением

Fss = fss·N.

Запишем уравнения предельного равновесия для тела, на которое действует система сил (G , Smin, N, Fss).

Σ + Σ= 0 = G·cos(α) + N = 0; (1)

Σ + Σ= 0 =

= – G·sin(α) + Smin – Fss = 0; (2)

Fss = fss·N =0. (3)

Из уравнения (1) имеем N = G·cos(α). Тогда Fss = fss·G·cos(α).

Из уравнения (2) определим Smin.

Smin = G·sin(α) + fss·G·cos(α) = G·(sin(α) + fss·cos(α)) =

= 20·(0,5 + 0,3·0,866) = 15,196 H.

Ответ: Smin = 15,196 H.

3.10. Сила и коэффициент сцепления колес автомобиля с дорогой

Значение тяговой силы, необходимой для движения, ограни­чено вследствие действия силы сцепления колес с дорогой.

Под силой сцепления понимают силу, противодействующую скольжению колеса относительно поверхности дороги. Она равна силе трения, возникающей в месте контакта колеса с дорогой.

Сила сцепления

Рсц = Rzφ,

где Rz — нормальная реакция дороги; φ — коэффициент сцепле­ния.

Равномерное качение колеса без скольжения и буксования воз­можно только при выполнении условия Рт Рсц . Если тяговая сила

больше силы сцепления (Рт > Рсц), то автомобиль движется с про­буксовкой ведущих колес. Это происходит, например, тогда, ког­да при движении по сухой дороге он попадает на участок со скольз­ким покрытием. Если же автомобиль стоял на месте, то не только движение, но и его трогание с места невозможны.

Коэффициент сцепления. Этот коэффициент во многом опре­деляет значение силы сцепления. В зависимости от направления скольжения колеса относительно поверхности дороги различают коэффициенты продольного φх и поперечного φу сцепления. Эти коэффициенты зависят от одних и тех же факторов, и можно счи­тать, что они практически равны (φх= φу).

На коэффициент продольного сцепления φх оказывают влия­ние многие конструктивные и эксплуатационные факторы. Он определяется экспериментально. Ниже приведены средние зна­чения φх для различных дорог и состояний их поверхности:

Сухое Мокрое

Асфальтобетонное шоссе 0,7…0,8 0,35…0,45

Дорога с щебенчатым покрытием …. 0,6…0,7 0,3…0,4

Грунтовая дорога 0,5…0,6 0,2…0,4

Снег 0,2 0,3

Лед 0,1 0,2

Рассмотрим, как влияют различные конструктивные и эксплу­атационные факторы на коэффициент продольного сцепления.

Рис. 3.10. Рисунки протектора шин:

а, б — дорожный; в, г — универсальный; д—з — повышенной проходимости

Тип и состояние покрытия дороги. На сухих дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления имеет наибольшее значение, так как в этом случае он обусловливается не только трением сколь­жения, но и межмолекулярным взаимодействием материалов ко­леса и дороги (механическим зацеплением). На мокрых дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления существенно умень-

Рис. 3.11. Зависимости коэффициента сцепления от давления воздуха в шине (а), скорости движения (б) и вертикальной нагрузки на колесо (в)

шается (в 1,5 — 2 раза) по сравнению с сухими дорогами, так как между колесом и дорогой образуется пленка из частиц грунта и воды. На деформируемых дорогах коэффициент сцепления зави­сит от внутреннего трения в грунте и сопротивления грунта срезу.

Рисунок протектора шины (рис. 3.10). Дорожный рисунок про­тектора обеспечивает наибольший коэффициент сцепления на дорогах с твердым покрытием, универсальный — на дорогах смешанного типа, а рисунок протектора повышенной проходимо­сти — в тяжелых дорожных условиях и по бездорожью. По мере изнашивания рисунка протектора значение коэффициента сцеп­ления уменьшается.

Внутреннее давление воздуха в шине. При увеличении давле­ния воздуха в шине (рис. 3.11, а) коэффициент сцепления сначала возрастает, а затем уменьшается.

Скорость движения. При увеличении скорости движения (рис. 3.11, б) коэффициент сцепления сначала возрастает, а по­том падает.

Нагрузка на колесо. Увеличение вертикальной нагрузки на ко­лесо (рис. 3.11, в) приводит к незначительному уменьшению ко­эффициента сцепления.

Коэффициент сцепления существенно влияет на безопасность движения. Его недостаточно высокое значение вызывает много­численные аварии и несчастные случаи на дорогах. Как показали исследования, по этой причине происходит 15 % общего числа дорожно-транспортных происшествий, а в неблагоприятные пе­риоды года — около 70 %. Исследованиями установлено, что для обеспечения безопасного движения значение коэффициента сцеп­ления должно составлять не менее 0,4.

Вопрос 19. Сила сцепления. Возможность движения.

Известна такая характеристика взаимодействия колеса и опорной поверхности как к-т сцепления = R/R, откуда видно, что максимальная продольная реакция не может быть больше произведения R. Поскольку продольная реакция реализуется только на ведущих колесах, то в качестве R может рассматриваться нагрузка на ведущих колесах (G— если ведущие задние G — если передние и G— если ведущие все). Произведение веса приходящегося на ведущие колеса на к-т сцепления называют силой сцепления Р, которая по аналогии не может быть больше произведения G. С другой стороны продольная реакция на колесе связана с силой тяги Р, уравнение (1.10): Р= Rmj.

В начале движения, в момент трогания с места Р= Р= Rmjпоступательное ускорение j мало и им можно пренебречь, тогда РR. Поскольку максимальная величина продольной реакции R ограничена, то и сила тяги в этом момент ограничена условиями сцепления колеса с дорогой, т.е. максимальная Рне может быть больше произведения G. В противном случае движение не возможно и колеса начинают буксовать. Т.о. возможность начала движения (условие трогания с места) может быть выражено в следующем виде: Р G.

В случае проблем с троганием водитель может пытаться уменьшить силу тяги на колесах, уменьшая или увеличивая обороты двигателя, либо переходит на более высокую передачу и пробует тронуться на ней. Если при этом сопротивление дороги большое (подъем, снег, грязь и т.п.), то попытка также может оказаться неудачной (двигатель заглохнет). В этом случае нужно изменить условия, либо улучшить сцепление колеса с дорогой (песок, подручные средства), либо уменьшить сопротивление (убрать снег, грязь), либо увеличить нагрузку на ведущие колеса. В худшем случае придется ждать помощи.

Вопрос 20. Уравнение движения атс.

Кроме вышеназванных сил для отдельных звеньев автопоезда внешними также являются силы взаимодействия в сцепном устройстве. Для различных звеньев автопоезда эти силы имеют различное направление и величину. Для тягача Р— сила сопротивления движению, для прицепа Р— движущая сила. Эту силу можно определить только из решения уравнения движению для каждого звена автопоезда.

Напишем уравнение движения для одиночного автомобиля:

mj= RRPP, (1.38)

где: R— суммарная реакция дороги на ведущих колесах:

R= Р— Rf — (Iu+Ij)/rr, (*)

а R = — (Rf + Ij/ rr), (**)

Подставляем выражения (*) и (**) в (1.38), с учетом того, что Р= Р, имеем:

Р= P+ P+ (R+ R)f + mj,

где: R+ R= Gcos, а Gcos f = Ри = , тогда:

mj = Р — сила сопротивления разгону (приведенная сила инерции), а — к-т учета вращающихся масс АТС, который показывает во сколько раз сила необходимая для разгона с заданным ускорением как поступательно движущихся масс, так и вращающихся масс АТС, больше силы необходимой для разгона только поступательно движущихся масс.

Удобнее считать = 1 + u+ , (1.39)

где: = Iu/ rr m, а = / rr m

Для одиночных автомобилей обычно = = 0,04.

Таким образом, получаем выражение:

Р= P+ P+ Р+ Р, (1.40)

называемое силовым или тяговым балансом автомобиля.

Уравнение силового баланса для автопоезда:

— для тягача: Р= P+ P+ Р+ Р + Р,

— для прицепа: mj= РPPPP, по аналогии:

Р= P+ P+ P+ P, где: P= mj, а К=0,25К.

При нескольких прицепах расчет начинают с последнего, для которого Р= 0.

Мощностной баланс получаем при умножении всех сил, входящих в уравнение силового баланса на V:

N= N+ N+ N+ N, (1.41)

От чего зависит сцепление шин с дорогой? Часть 1

Дорогие друзья! Два года назад я написал статью «Сцепление шин с дорогой не зависит от площади пятна контакта?», и она вызвала бурную реакцию аудитории. Статья до сих пор находится в блоге, и на ее странице много комментариев, вопросов, споров, рассуждений. Кто-то, прочитав, поблагодарил меня за развенчивание мифов и простое, доступное объяснение физики процесса. Кто-то, наоборот, раскритиковал за излишнюю упрощенность и ограниченность моих рассуждений и аргументов.

За два года, что прошли с момента написания этой статьи, я поучаствовал во многих дискуссиях на эту тему, познакомился с новой литературой, пообщался с другими физиками (сам я – тоже физик по специальности), гонщиками и кое-что переосмыслил. Суть моих размышлений не поменялась, они стали более систематизированы и поменялись формулировки. Вот их я и изложу ниже. Поехали.

Сила трения покоя: закон Амонтона-Кулона

Снова вернусь к школьной физике. Напомню, школьная физика и классическая механика достаточно точно описывают повседневные явления. Пока речь не заходит об очень маленьких масштабах или релятивистких скоростях, классическая механика отлично работает. Более того, в какие бы научные труды о сцеплении шин с дорогой я не заглядывал, я видел в них много страшных зубодробящих формул, интегралов, рядов, но в конце концов все сводилось к одной простой школьной формуле, которая называется законом Амонтона-Кулона:

F = µN = µmg                                                                                          (1)

где µ — коэффициент сцепления, N – сила, прижимающие одно тело к другому (в данном случае, вес шины плюс вес части автомобиля, приходящейся на эту шину), m — масса тела (шины и  части автомобиля, приходящейся на эту шину), g — ускорение свободного падения.

То есть сила трения пропорциональна силе, прижимающей одно тело к другому, и коэффициенту трения. В самом простом случае эта сила — вес и представляет собой силу тяжести, то есть произведение массы тела на ускорение свободного падения. И тогда сила трения покоя пропорциональна коэффициенту трения, массе тела и ускорению свободного падения.

Сила трения покоя – она же сила сцепления

Автомобиль движется благодаря силе трения покоя в области контакта шины с дорожным полотном, а не силе трения качения, как иногда думают. Сила трения качения – следствие деформации шины. Она наоборот тормозит движение автомобиля. А пятно контакта шины с дорогой покоится относительно дороги в случае качения шины. Конечно, во время качения в пятне контакта всегда присутствуют элементы протектора, проскальзывающие относительно дороги, но в случае равномерного прямолинейного движения автомобиля в первом приближении их можно не учитывать и считать силу трения силой трения покоя или еще ее называют силой сцепления шины с дорогой, а коэффициент трения покоя – коэффициентом сцепления. При торможении большая часть элементов протектора может скользить вдоль дорожного полотна. В этом случае вращение колеса (и следовательно автомобиль) тормозится силой трения скольжения. Стоит отметить, что обычно сила трения скольжения меньше силы трения покоя.

Перераспределение  веса авто между шинами и сцепление с дорогой

Теперь разберем, что есть что в формуле Амонтона-Кулона. Ускорение свободного падения постоянно, его из обсуждения исключаем. Масса в целом тоже постоянна. Конечно, вес автомобиля распределен между 4 шинами, и при изменении скорости и/или траектории движения распределение веса может существенно меняться: какие-то шины разгружаются, а какие-то нагружаются дополнительно.

Перераспределение веса автомобиля между шинами тоже косвенно влияет на их сцепление с дорогой. Скажем, при торможении вес машины частично смещается с задней оси на переднюю, следовательно, сила прижатия задних шин к дороге уменьшается и поэтому сила их сцепления с дорогой ухудшается. Это повышает вероятность заноса автомобиля, но на тормозной путь не влияет, потому что сила сцепления передних колес с дорогой увеличивается из-за перераспределенной нагрузки. Если на одних и тех же шинах будут тормозить Porsche 911 и Porsche Cayenne, у последнего вследствие большей высоты смещение веса с задних шин на передние будет в большей степени, и Cayenne больше рискует попасть в занос. Но тормозной путь от этого меньше не станет. То, что Cayenne тяжелее – тоже не влияет, об этом читайте статью «Тормозной путь не зависит от массы авто?». Поворачивать Cayenne будет конечно же хуже 911-го и на меньших скоростях – как раз из-за более высокого центра тяжести и большего смещения веса и больших кренов.

Кроме того, на перераспределение веса влияет манера вождения. При аккуратном вождении, когда водитель избегает резких поворотов, перестроений, ускорений и торможений (читай, чем меньше нажата педаль тормоза или чем на меньший угол поворачивается руль), запас сцепления шин с дорогой максимален, то есть шины находятся «максимально далеко» от перехода в состояние полного скольжения и, как следствие, управление автомобилем максимально безопасно. Во-вторых, одно и то же перемещение педалей или руля можно совершить по-разному: быстро, резко или по нарастающей, прогрессивно. Резкое нажатие на педаль или поворот руля приведет к соответствующему резкому перераспределению веса с одних шин на другие, и это чревато их срывом в скольжение и сходом с траектории движения. Постепенное же воздействие на органы управления приводит к столь же плавному перераспределению веса, что позволяет шинам цепляться за дорогу без риска скольжения и потери управляемости или устойчивости автомобиля. Убедиться в этом на практике вы можете на курсах контраварийной подготовки водителей, например, при выполнения упражнения «экстренный объезд препятствия».

Практические рекомендации

1. Если вы хотите водить машину по дорогам общего пользования безопасно, а по гоночному треку быстро, перемещайте органы управления (руль, педали газа и тормоза) плавно и постепенно.

Теперь поговорим о том, что в самой шине влияет на ее сцепление.

Коэффициент сцепления шины с дорогой

Остается последний параметр в формуле силы трения Амонтона-Кулона – коэффициент сцепления µ, который, в первую очередь, зависит от природы соприкасающихся поверхностей. Самый показательный пример – сцепление резины с асфальтом куда лучше, чем той же резины со снегом и тем более льдом, несмотря на разные механизмы трения между шиной и этими тремя покрытиями. А при одном и том же дорожном покрытии коэффициент сцепления будет зависеть уже от состава резины и конструкции протектора. Например, на зимних шинах автомобиль куда лучше держит скользкую дорогу, чем на летних. И главное отличие зимних и летних шин – именно разный состав резины и конструкция протектора.

А если вы когда-нибудь смотрели по телевизору Формулу 1, наверняка слышали о разных типах шин и разных составах: «мягкий состав, сверхмягкий состав, жесткий состав». Именно это и оказывает ключевое влияние на коэффициент сцепления, даже в Формуле 1.

Так что же, все? Больше ничего не влияет? И что, этот коэффициент сцепления постоянен? Влияет, и как раз потому, что коэффициент сцепления не является постоянным и зависит от некоторых факторов. Но для начала расскажу о пресловутой площади пятна контакта.

Влияет ли площадь пятна контакта на сцепление шины с дорогой?

На всякий случай напомню, что такое пятно контакта.  При контакте с плоским дорожным покрытием ВСЯ шина деформируется, сминаясь и становясь плоской в зоне контакта. Эту зону и называют пятном контакта. Пятно контакта имеет площадь, примерно равную размеру ладони. Обыватели часто думают, что чем больше площадь пятна контакта, тем лучше сцепление шины с дорогой. И еще многие думают, что чем шире шина, тем больше площадь пятна контакта. А следовательно, думают, что чем шире шина, тем лучше ее сцепление с дорогой. Ниже я расскажу обо всем этом по порядку.

Как видно из формулы Амонтона-Кулона, площадь пятна контакта в силу трения не входит. Почему? Ведь, казалось бы, чем больше площадь, тем больше элементов шины участвует в зацеплении и тем больше сила трения. С одной стороны – да, а с другой – чем больше площадь соприкосновения, тем меньше давление шины на дорогу. Выходит баш на баш, и площадь не играет никакой роли. Теперь объясню то же самое на языке физики.

Чтобы было понятнее, куда же делась площадь, можно формулу Амонтона-Кулона (1) переписать иначе, с учетом площади пятна контакта и отразить влияние пятна на давление. Все просто: давление тела на опору или, в нашем случае, шины на асфальт  равно весу тела (шины), деленному на площадь контакта:

P = N/S = mg/S                                                                        (2)

где P — давление шины на дорогу, N = mg — все тот же вес шины.

Тогда отсюда можно выразить вес через давление:

N = PS                                                                                     (3)

Теперь, если подставить эту формулу в закон Амонтона-Кулона, получим:

F = µPS                                                                                    (4)

Или, выражаясь человеческим языком, сила сцепления шины с дорогой пропорциональна коэффициенту сцепления, давлению шины на дорогу и площади пятна контакта. Это именно то, как воспринимает силу сцепления большинство людей. Но здесь зарыта собака – в том, что давление напрямую зависит от площади пятна контакта и обратно пропорционально ему. Об этом нам говорит формула (2). Подставляя сюда выражение для давления, получим:

F = µmgS/S                                                                                (5)

Тогда площадь мы успешно сокращаем и приходим к закону Амонтона-Кулона (1) и силе сцепления, не зависящей от площади пятна контакта.

Влияние адгезии на коэффициент сцепления

Многие интуитивно полагают, что механизм трения резины объясняется адгезией — её приклеиванием к дорожному покрытию: чем больше площадь соприкосновения, тем больше приклеивание и тем больше сцепление. При этом приклеивание, вроде бы, не очень зависит от прижимающей силы. Действительно, тот же скотч липнет к гладким чистым поверхностям без всякого усилия, обеспечивая великолепное сцепление. Ключевое слово тут – гладкие чистые поверхности. Если поверхность шероховатая и грязная, как асфальт, то скотч будет держать гораздо хуже. На этом эффекте основан принцип защиты поверхностей в городской среде от наклеивания объявлений. И скотч, и объявления не держатся на неровных поверхностях потому, что реальная площадь контакта гораздо меньше площади самого скотча или бумаги. Если материал текучий и его контакт с неровной поверхностью сохраняется достаточно долго, то склеивание будет возможно. Обычная резина – материал мягкий, но не текучий, а времена ее контакта с дорожным полотном довольно малы. В результате, вкладом прилипания в формирование коэффициента трения можно пренебречь. Для желающих разобраться в вопросе самостоятельно, я могу порекомендовать ознакомиться с теориями Гринвуда-Вильямсона и Джонсона-Кендалла-Робертса и последующим развитием теории механики контактного взаимодействия.

Что же касается езды по гоночному треку на спортивных и гоночных шинах, там эффект прилипания шины к поверхности трека может быть более заметным. Отчасти это связано со специфическим составом резины протектора и отчасти – с более высокой температурой, до которой прогреваются шины при гоночной езде. Этот эффект и объясняет, почему коэффициент сцепления гоночных шин может быть заметно больше 1 (у шин в Формуле 1 – около 1,8).

И вот как такой коэффициент сцепления сказывается на практике:

Тормозной путь гоночного болида F1 со скорости 140 км/ч оказался короче на 32 метра, чем обычного дорожного автомобиля, 48 метров против 80, то есть в 1,66 раза короче. Во столько же раз коэффициент сцепления гоночной шины в этом видео больше, чем у дорожной.

Влияние аэродинамической прижимной силы на силу сцепления

Не стоит путать эффект прилипания шин к поверхности трека с эффектом аэродинамической прижимной силы, благодаря которой пилоты Формулы 1 при торможениях, ускорениях и поворотах могут испытывать перегрузки, в несколько раз превышающие величину ускорения свободного падения. А болиды, соответственно, иметь в несколько раз большую динамику торможения и скорость прохождения поворотов, чем обычные дорожные машины. То есть в повороте боковое ускорение величиной 4g (где g – ускорение свободного падения) болиды развивают не за счет прилипания шины и коэффициента сцепления, якобы, в 4 раза большего, чем у дорожных шин, а за счет большой прижимной силы, которая создается антикрыльями на большой скорости и в несколько раз превышает силу тяжести болида.

Увеличенное пятно контакта – спущенные шины

Из практики, площадь пятна контакта можно увеличить, уменьшив давление в шинах. Если спустить шины до 1 атмосферы, то при норме в 2 атмосферы это вдвое меньшее давление и вдвое большая площадь пятна контакта. Так что же, ездовые характеристики машины улучшатся в 2 раза? Конечно же нет и, более того, они ухудшатся. Хотя… тормозной путь уменьшится, но не из-за увеличившегося пятна контакта, а из-за увеличившейся силы трения качения вследствие более мягкой шины и большей ее деформации. А ускорение не станет лучше и будет только хуже – все из-за той же силы трения качения. Ну а в поворотах… машина будет вести себя, как будто водитель сильно пьян 🙂 В общем, не делайте этого – не спускайте шины без необходимости, и, кстати, об этой необходимости…

Увеличение площади пятна контакта за счет спускания шин реально может помочь, если нужно проехать через какие-то рыхлые, зыбучие места. За счет большей площади контакта с поверхностью уменьшится давление шин на поверхность, а значит, и риск провалиться или увязнуть.

Увеличим ширину шин в 10 раз и спасем мир от ДТП?

Обратный пример, узкие шины мотоцикла не делают его более медленным, чем машина, и, более того, он заметно быстрее ее. Быстрее он по другим причинам, но значительно меньшая ширина шины негативного влияния точно не оказывает.

И еще идея – а давайте увеличим ширину шины в 10 раз и тем самым увеличим сцепление в 10 раз, и раз и навсегда решим все проблемы зимней езды, а на асфальте машина вообще будет останавливаться, как вкопанная! И всем всегда будет хватать тормозного пути! Что, вам не нравится эта идея? Правильно, если б все было так просто, это бы давно уже сделали…

В итоге:

увеличение площади пятна контакта => увеличение количества элементов шины, участвующих в зацеплении, и одновременно уменьшение давления шины на дорогу => оба эффекта компенсируют друг друга в равной степени => сцепление шины с дорогой не меняется

 

Влияет ли ширина шины на площадь пятна контакта?

Более того, увеличив ширину шины, хоть в 10 раз, мы не увеличим площадь пятна контакта, а лишь изменим его форму. Пока вы не закидали меня тухлыми помидорами после этой фразы, я попробую успеть доказать ее :)))

Вспомним, что такое давление – это сила (в нашем случае – сила тяжести, прижимная сила), приходящаяся на единицу площади. Об этом нам говорит формула (2), продублирую ее:

P = N/S = mg/S                                                                                      (2)

где m – масса тела (шины и части машины, приходящейся на эту шину), а S – площадь соприкосновения тел, то есть, в нашем случае площадь пятна контакта.

Отсюда площадь пятна контакта равна

S = mg/P                                                                                                      (6)

То есть площадь пятна контакта шины с дорогой тем больше, чем больше вес машины, приходящийся на эту шину, и чем хуже она накачана. И, конечно, на площадь влияет и жесткость боковин шины. Чем жестче боковины, тем меньше деформируется шина и тем меньше деформируется шина при уменьшении давления воздуха в ней. Хороший пример – современные шины с усиленными боковинами Run Flat, которые даже будучи полностью спущенными могут довезти автомобиль до места назначения, не особо проседая. От ширины шины площадь пятна контакта при одном и том же давлении и одной и той же нагрузке не зависит (в первом приближении).

Ширина шины влияет на форму пятна контакта

Прекрасно! А куда же делась ширина шины??? Очень просто, и тут опять работает принцип «баш на баш». Пятно контакта – следствие деформации шины, которая, в свою очередь, возникает вследствие приложенной сверху силы, то есть cилы тяжести самой шины и автомобиля. Чем шире шина, тем шире пятно контакта, что, казалось бы, должно увеличить площадь пятна. С другой стороны, чем шире шина, тем меньшее давление она оказывает на дорогу и тем меньше деформируется. В итоге, при увеличении ширины профиля шины мы имеем ту же площадь пятна контакта, но более вытянутую по ширине и узкую его форму.

В одном из серьезных научных трудов, который попался мне на глаза за последнее время (Автомобильные шины, диски и ободья, Евзович В.Е., Райбман П.Г.), авторы привели результат эксперимента с тремя шинами, две из которых были одной и той же модели, но разного диаметра ширины:

205/55 R16 с площадью отпечатка 173*143 мм = 247,39 см2

225/45 R17 с площадью отпечатка 185*134 мм = 247,90 см2

Как видим, у более широкой шины пятно более вытянутое и узкое, чем у более узкой шины. При этом в квадратных сантиметрах площадь пятна контакта практически одна и та же.

То есть, да, при одном и том же давлении у широкой шины пятно контакта по площади больше, чем у узкой. Но насколько? В данном примере на десятые доли процента, а вообще – максимум на несколько процентов. Теоретически, мы можем поставить на машину вместо шин с шириной профиля 195 мм шины с профилем, скажем, 245 мм. Но на практике это недопустимо по требованиям завода-изготовителя автомобиля. В любом случае, как я писал выше, площадь пятна контакта непосредственно не влияет на силу сцепления, поэтому ни эти доли процента, ни большее увеличение площади (например, за счет снижения давления в шине) погоды нам не сделают.

В итоге:

увеличиваем ширину профиля шины => увеличиваем ширину пятна контакта и одновременно уменьшаем давление шины на дорогу и деформацию шины в зоне контакта => уменьшаем длину пятна контакта => изменяется форма пятна контакта, но не меняется его итоговая площадь (меняется незначительно)

 

А увеличить площадь пятна контакта можно либо уменьшив давление воздуха в шине, либо увеличив нагрузку на шину сверху.

Сила сцепления шины с дорогой. Итоги

Итак, ширина шины напрямую не влияет на ее сцепление с дорогой по двум причинам:

а) площадь пятна контакта не влияет на сцепление

б) ширина шины не влияет на площадь пятна контакта

Я бы сказал, сила трения имеет «двойную защиту» от ширины шины :)))

Однако ширина шины все же косвенно влияет на силу сцепления, и независимость площади пятна контакта от ширины никак не мешает этому влиянию. Обо всем этом – ниже.

В итоге, сцепление шины с дорогой зависит от:

1) веса, приходящегося на шину, от развесовки автомобиля и динамического перераспределения веса, а значит, и от конструктивных его особенностей – высоты центра тяжести, колесной базы, колеи, подвески, жесткости кузова. Обсуждение этих моментов – отдельная тема и выходит за рамки этой серии статей.

2) коэффициента сцепления (трения покоя). А он, в свою очередь, много от чего зависит, но не от площади пятна контакта! 🙂 Вот параметры, влияющие на величину коэффициента сцепления шины с дорогой, известные мне из университетского курса физики, специальной литературы и из водительского и инструкторского опыта:

Обо всем этом я подробно напишу в следующих статьях. Кроме того, все эти вопросы мы подробно обсуждаем на курсе безопасного вождения «МВА для водителя: Мастерство Вождения Автомбиля». Конкретно в следующей статье — о влиянии дорожного покрытия, типа протектора шины, рисунка протектора и степени его износа на коэффициент сцепления, а также о зависимости коэффициента сцепления от температуры шины.

Продолжение следует…

Силы сцепления в жидкостях — Энциклопедия по машиностроению XXL

Силы сцепления в жидкостях. Здесь следует сделать несколько замечаний, хотя их связь с поведением материи под высокими давлениями и не является непосредственно очевидной. А. Гриффитс 1) показал, что очень тонкие нити (волокна) кварца значительно прочнее при температуре, превышающей температуру размягчения кварца, чем в холодном состоянии. На первый взгляд это противоречит тому, что следовало бы ожидать. Однако на основании изучения капиллярных явлений известно, что очень тонкие пленки жидкости могут выдерживать весьма высокие растягивающие напряжения. Из этих и многочисленных других соображений следует вывести заключение, что при соответствующих условиях в жидкостях наблюдается значительное сопротивление разрыву (влияние сил сцепления, действующих между атомами, или просто сцепление )—свойство, которое обычно приписывалось только материалам в твердом состоянии ).  [c.48]
При значительном увеличении скорости движения жидкости при фильтрации силы инерции могут стать соизмеримыми с силами сцепления. В этом случае линейный закон фильтрации нарушается и закон Дарси становится неприемлемым. Нарушение линейного закона фильтрации проявляется в том, что при определенном увеличении скорости фильтрации потеря напора растет быстрее скорости.  [c.58]

По-видимому, в этих условиях силы сцепления между жидкостью и стенками сопла недостаточны для преодоления инерционных сил и разворота потока.  [c.190]

Таким образом, величина 0 определяется силой сцепления молекул жидкости и твердого тела. Воздействуя на поверхностный слой жидкости активными веществами, можно изменить степень смачиваемости данной поверхности данной жидкостью [175]. Так, добавка в ртуть незначительного количества магния или натрия существенно улучшает ее контакт со сталью. То же наблюдается при добавке магния в сплав РЬ — Bi.  [c.238]

Особенность жидкостей заключается и в значительно меньших силах сцепления в них между частицами, чем в твердых телах, несмотря на то, что расстояние между этими частицами при переходе тела в жидкое состояние почти не увеличивается (или увеличи-  [c.26]

Подобные процессы имеют место и в жидкостях. Но молекулы в жидкости связаны силами сцепления (одна молекула тянет за собой другую), и флуктуации в соседних областях жидкости нельзя считать независимыми. Кстати, именно из-за сил сцепления плотность жидкости много больше плотности газа.  [c.141]

Принцип действия устройства заключается в использовании сил трения (сил сцепления) между жидкостью и движущимся в ней кольцом, а также (при свободно сидящих кольцах) трения между кольцом и валом. Кольцо, свободно сидящее на валу и погруженное нижней своей частью в смазочную жидкость, увлекается вращающимся валом.  [c.158]

Второй весьма эффективный источник холода — растворение Не в Не. При растворении Не в Не атомы Не как бы переходят из жидкого состояния в газообразное, где взаимодействие между атомами Не ничтожно мало. При таком переходе для преодоления сил сцепления атомов жидкости и увеличения объема от Vyu до V газа необходимо затратить работу, численно равную теплоте растворения Q.  [c.706]

При движении поршня 1 в цилиндре 2, заполненном вязкой жидкостью, производится торможение. Так как поршень I в крайнем положении прилегает к упорной пластинке 3, то при движении поршня вверх в первый момент преодолевается сила сцепления слоя жидкости, заключенного между поршнем и пластинкой, благодаря чему сила торможения в этот момент возрастает.  [c.44]


Смачивание зависит от соотношения сил адгезии (молекулярное сцепление жидкости и твердого тела) и когезии жидкости (меж-молекулярного сцепления в жидкости).  [c.140]

Полное сопротивление тела, по Ньютону, складывается из сопротивления, зависящего от инертности жидкости, и сопротивления, определяемого трением жидкости о поверхность обтекаемого тела (ныне называемого сопротивлением трения) наряду с этими двумя основными составляющими сопротивления отмечается также более слабое влияние упругости жидкости и сил сцепления в ней.  [c.19]

Конструкция устройства очень проста и надежна в эксплуатации. Принцип действия его заключается в использовании сил трения (сил сцепления) между жидкостью и движущимся в ной кольцом, а также (при свободно сидящих кольцах) трения между кольцом и валом. Кольцо, свободно сидящее на валу и погруженное нижней своей частью в смазочную жидкость, увлекается вращающимся валом. Силы трения между маслом и вращающимся в нем кольцом способствуют выносу масла из резервуара на вал, а затем в опору.  [c.147]

В поле упругих сил, образуемом продольной ультразвуковой волной (см. рис. 34), различают две области сжатия (в пучностях, где амплитуда А имеет максимальное значение) и растяжения (в узлах колебаний). В фазе растяжения развивается такое отрицательное давление, которое будет достаточным для преодоления молекулярных сил сцепления частиц жидкости и развития явлений кавитации. Попадая в зону сжатия, кавитационный пузырек захлопывается с выделе-  [c.38]

Растворимые в жидкости примеси лишь косвенно влияют на процесс разрыва жидкости, изменяя коэффициент ее поверхностного натяжения. Так, введение магния в сплавы типа твердых растворов (например, в сплавы системы А1—Мд) или добавок поверхностно-активных примесей (таких, как натрий и висмут) в расплав алюминия приводит к снижению поверхностного натяжения металла не более чем на 30%. Следовательно, кавитационную прочность жидкости обеспечивают нерастворимые примеси, которые могут существовать в ней во всех трех агрегатных состояниях. По-видимому, нерастворимые жидкие примеси вряд ли могут существенно снизить прочность жидкости вследствие того, что молекулярные силы сцепления основной жидкости и примеси значительны. Это справедливо и в отношении твердых примесей, поверхность которых хорошо смачивается исследуемой жидкостью.  [c.449]

При переходе из жидкости в пар молекула должна преодолеть силы мол. сцепления в жидкости. Работа против этих сил (работа выхода), а также против внеш. давления уже об-  [c.235]

До сих пор процессы коалесценции и дробления рассматривались независимо. В данном разделе в соответствии с [61 ] рассмотрены уравнения, учитывающие одновременное протекание этих процессов. Отметим, что дробление пузырьков газа можно подразделить на два типа — самопроизвольное и вынужденное дробление. Первое из них связано либо с уменьшением сил молекулярного сцепления в пленке жидкости, ограничивающей пузырьки газа, либо с напряжениями, возникающими в результате взаимодействия пузырьков газа с жидкостью (см. разд. 4.1—4.3). Вынужденное дробление пузырьков газа связано с воздействием на систему внешних полей (см. разд. 4.4). Будем рассматривать только влияние самопроизвольного дробления пузырьков газа на процессы коалесценции.  [c.179]

Количество теплоты, необходимое для перевода 1 кг кипящей жидкости в сухой насыщенный пар при постоянном давлении, называют теплотой парообразования и обозначают буквой г. Это количество теплоты расходуется на изменение внутренней энергии, связанное с преодолением сил сцепления d между молекулами жидкости, и и а работу расширения (ф).  [c.173]

Силы сцепления между частичками жидкости малы. Молекулы расположены на небольшом расстоянии друг от друга, они то притягиваются друг к другу, то, сблизившись, отталкиваются. Силы сцепления между молекулами проявляются только на поверхности жидкости — силы поверхностного натяжения. Наличием этих сил объясняется, например, образование капли, существование мыльного пузыря. Жидкости обладают большим сопротивлением сжатию (практически несжимаемы) и совершенно малым сопротивлением растягивающим и касательным усилиям. При движении жидкости между ее слоями возникают силы сопротивления сдвигу, которые проявляются в виде сил внутреннего трения, называемых силами вязкости. Следовательно, вязкость — свойство жидкости, обусловливающее возникновение в ней при ее движении касательных напряжений.  [c.260]

Жидкость представляет собой физическое тело, в котором силы межмолекулярного сцепления меньше, чем у твердых тел. Поэтому частицы жидкости легкоподвижны и приобретают как поступательное, так и вращательное движение. Весьма малые силы, действующие на жидкость, способны вызывать изменение ее формы. В отличие от твердых тел, жидкости не обладают способностью сохранять свою форму и приобретают форму сосуда, в котором они находятся.  [c.11]

При рассмотрении основных физических свойств капельных жидкостей было установлено, что жидкости, существующие в природе, или, как их обычно называют, реальные жидкости, обладают практически постоянной плотностью, а также характеризуются наличием очень малых сил сцепления между отдельными частицами. Эти физические свойства реальных капельных жидкостей позволили ввести в гидравлику понятие идеальной , или совершенной жидкости, что произведено с целью облегчения решения многих задач и проблем гидромеханики и практической инженерной гидравлики.  [c.19]

Совершенно очевидно, что, пренебрегая сжимаемостью и расширяемостью жидкости, а также силами сцепления и силами внутреннего трения, мы значительно облегчаем решение многих задач. Во многих случаях учет всех этих факторов не позволил бы вообще получить никаких решений в конечном виде. Поэтому использование понятия об идеальной жидкости оказалось весьма полезным и практичным.  [c.19]

Поверхность пузыря является замкнутой. В результате действия молекулярных сил сцепления, нормальных к поверхности пузыря, давление пара в пузыре р больше давления в окружаю-ш,ей его жидкости на величину  [c.334]

При И. совершается работа по преодолению сил сцепления в жидкости (работа выхода) за счет кинетич. энергии молекул, в результате чего жидкость охлаждается. Кол-во теплоты, к-рое нужно сообщить жидкости при изотермич. образоваиии единицы массы иара, иаз. теплотой нарообразовапия. В отличие от кипения, И. происходит при любой тедшоратуре, причём с повышением температуры скорость И. возрастает вследствие уменьшения работы выхода и увеличения доли молекул, обладающих неббходимой кинетич. эпергией, теплота испарения уменьшается, обращаясь в нуль в Критич. точке.  [c.219]

Склярное произведение 174 Силы сцепления в жидкостях 48 Слои скольжения 311, 334, 374, 570 Соляные куполы 13 Состояние материи анизотропное 51  [c.640]

Внутренняя теплота испарения р расходуется на преодоление межмолекулярных сил сцепления в жидкости (на внутреннюю работу дисгрегации), т. е. на увеличение внутренней потенциальной энергии ее вещества.  [c.140]

Таким образом, теплота парообразования расходуется на изменение внутренней энергии Р, связанное с преодолением сил межмолекулярного сцепления в жидкости (работа дисгрегации), т. е. на превращение жидкости в пар  [c.35]

Исходя из представления об изменении количества движения окружающей тело жидкости за счет действия на нее лобовой части тела, Ньютон получает квадратичный закон зависимости первой составляющей сопротивления от ск( рости. Что касается второй составляющей сопротивления, зависящей от трения, то для ее определения Ньютон дал З же ставшую классической формулу пропорциональности напряжения трения между двумя слоями жидкости относительной скорости скольжения этих слоев. Последняя формула носит имя Ньютона, обобщена на любой случай движения как несжимаемой жидкости, так и сжимаемого газа и служит основой всей современной механики вязкой жидкости. Сопротивление трения, ио Ньютону, оказывается пропорциональным первой степени скорости, остальные составляющие сопротивления (упругость газа, силы сцепления в нем) Ньютон оценивает некоторой постоянной величиной, вследствие чего для полного сопротивления получает трехчленную формулу, состоящую из квадратичного члена, линейного члена и постоянного слагаемого. В настоящее время эта формула уи[c.20]

Отсутствие убедительных экспериментальных данных привело к появлению многочисленных гипотез как об основной причине разрушения, так и о расположении области разрушения относительно зон образования и схлопывания каверн. Одно время, считалось, что давление, развивающееся при схлопывании каверн, недостаточно велико, чтобы вызывать механическое разрушение материалов. В связи с этим делались попытки объяснить разрушение при образовании каверн действием сил поверхностного натяжения или сил сцепления в предположении, что каверны непосредственно соприкасаются с поверхностью. Однако никому не удалось предложить правдоподобный механизм возникновения достаточно больших сил, способных вызвать механическое разрушение поверхностей. Экспериментаторы, изучавшие кавитационное разрушение в потоках жидкостей, пришли к выводу, что разрушение происходит в нижнем по потоку конце кавитационной зоны. Кроме того, эксперименты, в которых каверна образовывалась с помощью искрового разряда в неподвижной жидкости на поверхности фотоуп-ругого твердого материала [38], со всей очевидностью показали, что развитие высоких напряжений на поверхности твердого тела совпадает по времени со схлопыванием каверны, а не с начальной стадией ее развития.  [c.382]

Отклонения действительных газов и перегреты.х паров от уравнения ру = НТ объясняются конечным объемом молекул и наличием между их частицами сил сцепления, в идеальном газе отсутствующих. В жидкостях, как мы видели, силы молекулярного сцепления значительны, так что большая часть теплоты парообразования расходуется на работу дисгрегации. Естественно, что чем ближе перегретый пар к состоянию насыщения, тем сильнее сказываются силы сцепления между молекулами и тем больше его отклонения от свойств идеального газа.  [c.253]

На основании собственных опытов Золльнер [1963] подвергает сомнению результаты Ржевкин а и Островского. Золльнер обнаружил, что чистые металлы в больших кусках вообще не диспергируются в жидкости под действием ультразвука вследствие слишком больших межмолекулярных сил сцепления в металле. Отмеченное другими исследователями диспергирование является кажущимся и связано главным образом с разрушением слоя окиси, которым покрыто большинство металлов или которым покрываются металлы в жидкости. Золльнер считает, что об истинном диспергировании твердого вещества можно говорить лишь в том случае, если твердое тело диспергируется после шести или семи повторных облучений в чистой, все время сменяемой воде.  [c.470]

Хортон [4767] считает, что так как на поверхности бактерий происходит кавитация, то силы сцепления между бактериальной клеткой и окружающей жидкостью слабее, чем межмолекуляр-ные силы в самой жидкости. Если увеличить силы сцепления между бактериальной клеткой и жидкостью при помощи поверхностно-активных веществ (например, лейцин, глицин, пептон и т. д.), то разрушающее действие ультразвука уменьшится. Если уменьшить силу сцепления, нагревая взвесь, то кавитация на поверхности бактерий усилится и разрушающее действие увеличится. Если взять смесь бактерий (например, кислотоустойчивых бактерий, содержащих воск, и кишечной палочки), у которых силы сцепления с жидкостью различны, то при облучении ультразвуком кавитация происходит преимущественно на поверхности первых, благодаря чему быстрота уничтожения вторых уменьшается. Хортон подтвердил правильность этих соображений систематическими исследованиями.  [c.555]

При двин ении вязкой итвердой стенки, например, в трубе, нроисходит торможение потока вследствие влияния вязкости, а таки е из-за действия сил молекулярного сцепления между жидкостью и стенкой. Поэтому наибольшего значения скорость достигает в центральной части потока, а по меренрибли кения к стенке она уменьшается практически до нуля. Получается распределение скоростей, подобное тому, которое показано на рис. 1.26.  [c.45]

Капельные жидкости практически не оказывают заметного сопротивления, растягивающим усилиям. Силы сцепления, существующие между молекулами таких жидкостей, проявляются только на их поверхности в виде так называемых сил поверхностного натяжения, где и обнаруживается изрестная сопротивляемость жидкости разрыву. Этим объясняется, например, существование тонкой пленки мыльного пузыря, образование капли,  [c.7]

Селевые потоки подразделяются на несвязные и связные в зависимости от преобладающих в их составе массы грунтов и соотношения сил сцепления между взвешенными частицами. По составу различают селевые потоки воднопесчаные, водно-каменные, грязе-каменные, камне-грязевые и др. При движении селей наблюдают ламинарный, турбулентный и структурный режимы движения. Последний характерен для неньютоновских жидкостей с определенными значениями консистенции твердых составляющих, плотности, вязкости и начального касательного сопротивления селевой массы.  [c.308]

Эти условия прилипания вязкой жидкости являются следствием того, что между поверхностью твердого тела и всякой реальной жидкостью веегда существуют силы молекулярного сцепления, в результате чего непосредственно прилегающий к твердой стенке слой жидкости полностью задерживается, как бы прилипая к стенке.  [c.185]


Что такое сцепление с трассой и и какие бывают шины

Типы гоночных шин

Важность шин для профессионального вождения значительно недооценивается большинством водителей. В этой статье рассмотрена связь между автомобильными покрышками и поведением авто в разных условиях.

Нагрузка

В автомобильном спорте от правильного подбора резины зависит исход состязания. Нельзя отыграть и пол секунды, рассчитывая исключительно на силовую установку, а верный выбор резины даст превосходство, отличающее лидера от остальных гонщиков. Машина собрана из огромного количества узлов и чапстей, но в непрерывном контакте с дорожным полотном находятся только покрышки. Из этого складывается понимание того, какое значительное воздействие они оказывают на поведение авто.

Гоночная БМВ

Можно с уверенностью утверждать, что мощнейшие ДВС и эффективнейшая КПП не стоят ничего, пока пилот не эксплуатирует по полной возможности покрышек. Осознание принципа их влияния на характеристики машины – основной шаг к лидерству в автомобильной гонке.

Победители Гран При Шанхая 2018

Машина с выключенным зажиганием стоит на месте благодаря силе трения резины о полотно дороги. Она же позволяет трогаться автомобилю с места. Силу “зацепа” покрышек о поверхность асфальта называют сцеплением с трассой. Оно значительно изменяется в зависимости от различных условий, например гонка в дождливую погоду. На влажном треке зацеп значительно ухудшается и колеса проскальзывают. Также, сцепление обусловлено самим авто: его массой, нагрузкой распределенной между осями (передней и задней).

Болиды на стартовой решетке

У неподвижно стоящего авто масса распределена равномерно. В случае торможения – вес смещается к передней оси, при разгоне (движении вверх) – к задней. Массу, действующую на колеса, обозначают термином – “нагрузка” (вес машины разделенный на четыре колеса), которая значительно воздействует на силу трения. С увеличением нагрузки повышается сцепление, с уменьшением – становится хуже.

Болид DTM Mercedes стоит на мокрой трассе

Нагрузка на покрышки все время перемещается при движении машины. При разгоне колеса спереди “разгружаются”, из-за чего задние начинают сильнее “держать дорогу”. Учитывая, что рулевое управление взаимосвязано с передней осью, при наборе скорости ухудшается и управляемость. Закономерно, что с торможением увеличивается загрузка передних колес, а на задние уменьшается, из-за чего авто теряет стабильность и уходит в занос во время движения.

Смещение наргузки при нажатии на газ

Отпуская газ, нагрузка смещается к передней оси, выжимая в сторону задней.

В поворотах начинает действовать и центробежная сила. Она направлена к внешней стороне поворота, повышая нагрузку внешних колес, уменьшая на внутренние. При правильном размещении нагрузки, Вы значительно улучшите результаты на гоночном треке, а осознание таких тонкостей – важнейший шаг к высокому уровню пилотирования.

Если бы машина двигалась в вакууме, мы ограничились бы описанным выше, но на больших (гоночных) скоростях на авто начинает воздействовать существенная аэродинамическая прижимная сила. Ее необходимо воспринимать за дополнительную нагрузку колес, распределенную по иным правилам. “Зарываясь носом” аэродинамическая нагрузка передней оси становится больше, а задней – меньше на такую же меру.

Полностью выжатый тормоз ухудшает управляемость

Так как одновременно каждая отдельная шина контактирует с дорожным полотном в одной точке, может происходить смещение усредненной точки сцепления всех четырех колес в правую, в левую сторону, либо назад и вперед.

Боковая нагрузка при повороте

С позиции гонщика, смещение усредненной точки “вперед-назад” подчинено педали акселератора, “вправо-влево” – оборотам рулевого колеса. Стоит понять – сцепление с трассой является постоянной величиной, для которой сменяется лишь точка приложения, а не абсолютное значение.

Не существует: левого либо правого, переднего и заднего сцепления. Существует общая, единственная сила, для которой сменяется лишь точка приложения.

Идеальный манёвр

Нажимая на педаль тормоза, вся сила уходит на остановку автомобиля и для поворотов ее не остается. Авто не станет слушать руля даже когда Вы станете его вращать. В целом, маневр состоит из следующих этапов:

  1. снижение скорости
  2. оборот рулевого колеса в сторону поворота
  3. набор скорости

Во время торможения сила сцепления смещается на ось “вперед-назад” для максимально быстрого сброса скорости. По этой причине в повороте важно завершить оттормаживание до начала работы рулевым колесом. При выходе (из поворота) необходимо вернуть руль в изначальное положение для высвобождения большей силы на ось “вперед-назад” и для ускорения. При безупречном прохождении поворота стоит распределить силу сцепления между продольной и поперечной составляющей. Представление диаграммы трения во время прохождения поворота позволит Вам значительно улучшить технику пилотирования.

Диаграмма торможения шин

Диаграмма трения представляет графическую иллюстрацию динамики смены силы сцепления с треком. Ее окружность означает крайнюю силу сцепления, а направления в четыре стороны аналогичны торможению, ускорению и поворотам.

Для простоты понимания, схематический рисунок изображен в виде окружности. В реальности покрышка (шина) обладает различной силой трения в поперечном и продольном направлении, а границы диаграммы описывают не круг, а скорее эллипс (овал). Форма овала зависит от типа шин. Гоночные проектируются в расчете на сопротивление центробежной силе в повороте, поэтому для них диаграмма вытянута по горизонтали.

Научитесь чувствовать трассу

Повышая уровень вождения, необходимо не просто воображать диаграмму, но и почувствовать машину: акселератор, тормоз, рулевое колесо и сиденье предоставляют большое количество информации. Недостаточная поворачиваемость появляется, если авто не способно совершать поворот пропорционально движению руля. Умелый гонщик определяет ее по чувству нарастающей “легкости” управления. На данной фазе хватит мелких, но очень четких движений.

Недостаточная поворачиваемость

Пилоту необходимо прочувствовать состояние покрышек. При их изнашивании управляемость становится хуже. Более того, при продолжительной езде давление в шинах значительно растет, что заметно по возросшей реакции машины на неровности трека.

  • Изображение диаграммы трения при резком оттормаживании.

Диаграмма торможения

Сцепление смещается на торможение, из-за чего его не остается для поворота.

  • Изображение диаграммы трения во время разгона.

Диаграмма набора скорости авто

Все сцепление ушло на разгон и на поворот ее не остается.

  • Идеальная диаграмма во время выхода из поворотов.

Диаграмма идеального распределения нагрузки на шины

Сила сцепления оптимально распределена между ускорением и поворотом.

Скольжение покрышек

Гоночная резина характеризуется высоким сцеплением с дорожным покрытием, но это не обозначает, что они намертво к ней прилипают. Во время движения сила сцепления возникает и при помощи проскальзывания покрышек. При поступлении избыточной мощности на колеса, шины прокручиваются с визгом и дымом вхолостую. Это явление носит название – пробуксовка.

Скольжение автомобильных шин в дрифте

Угол увода

Численное обозначение пробуксовки определяется как коэффициент скольжения колес. Когда шина с двух метровой окружности преодолевает путь равный двум метрам за один оборот, коэффициент равняется нулю.

Тормозной путь в 1 метр

В случае когда аналогичный оборот шина преодолеет за 1 метр, коэффициент равен 50-ти процентам.

Коэффициент торможения 50%

Научные исследования показывают, что наилучший показатель – 15-10%. Неподготовленный водитель прочувствует это не сразу. Много легче помнить, что шины начнут издавать поскрипывающие звуки, когда сцепление с дорожным полотном особенно сильное. Когда коэффициент скольжения превысит 15%, сцепление заметно ухудшится.

Описанные показатели актуальны и в боковых направлениях, и во время движения “вперед-назад”. Звук помогает определить степень сцепления с треком: во время правильного прохождения виражей Вы услышите слабый визг покрышек.

Руля – мало

Неосведомленным водителям покажется, что автомобиль движется туда куда направленны колеса. В действительности это иначе. Будучи более внимательным становится заметно, что угол поворота колес не совпадает с углом изменения траектории авто. Эта разность называется – углом увода, взаимосвязанным со сцеплением с дорожным полотном. Приемлемый угол увода варьируется от восьми до десяти градусов. При более высоких значениях, сцепление станет хуже, а после достижения некоторого порога угол поворота руля потеряет влияние на направление движения.

Диаграмма угла увода

Более того, нельзя путать угол поворота колес с углом увода, который зависит не от оборота руля, а от нагрузки на передние колеса и скорости, с которой с двигается автомобиль. Малоопытному гонщику затруднительно это осознать, по этой причине вначале стоит прислушаться к звукам, издающим передними колесами. В какой-то момент пилоту станет ясно, в какой ситуации машина перестала слушать руль.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о