Mikä on kitkakerroin?

Kitka on lämpöä tuottava resistiivinen voima, joka syntyy kahden kosketuspinnan liikkeestä toisiaan vasten. Se on epäsuorasti tulosta yhdestä neljästä tunnetusta perusvoimasta. Järjestelmän kitkaa on mahdotonta määrittää tiukasti teoreettisista ensimmäisistä periaatteista. Matemaattisesti kitkan lauseke sisältää yhden vakion, joka sisältää kaikki syytekijät – kitkakertoimen (COF), jota symboloi kreikkalainen kirjain μ. Yhtälö kirjoitetaan yksinkertaisesti fx = μxF, missä fx määrittelee kitkan muodon ja suuren, kun taas F on kohtisuora tai “normaali” voima, jonka molemmat pinnat kohdistavat toisiinsa.

Kaikki kitkakertoimet ovat mittattomia, skalaarisuureita; yksittäiset vaikuttavat tekijät vastustavat täydellistä selitystä tai kvantifiointia. Suurin osa kitkasta on myös se, joka mahdollistaa kemiallisten sidosten muodostumisen – sähköstaattinen voima. Aluksi tarkasteltuna saattaa vaikuttaa siltä, ​​että painovoima on kitkan lähde, koska painovoiman aiheuttama alaspäin suuntautuva voima on muuttujan F lähde. Itse asiassa kerroin on kuitenkin kahden pinnan välisen “tahmeuden” mitta. jonka määrää mikroskooppisella tasolla sähkövaraukset, jotka pyrkivät estämään liikettä “sitomalla” ne yhteen. Tällainen sidos on ominaisuus liimoille, joita käytetään kahden pinnan liimaamiseen yhteen.

Tämän asian havainnollistaa hyvin nykyaikainen polymeeri, polytetrafluorieteeni (PTFE). Parhaiten DuPont™-tuotenimellään Teflon® tunnetulla PTFE:llä on vain hyvin heikosti houkuttelevia Lontoon dispersion sähköstaattisia voimia. Tämä antaa PTFE:lle kitkakertoimen tunnetun “kolmen parhaan” joukossa – noin 0.05-0.10. Jos kitkakerroin olisi painovoiman tulo, pintojen kemialla ei olisi väliä, ja sellaisilla aineilla, jotka eivät olisi taloudellisesti yhtä tärkeitä kuin ne ovat.

On olemassa tapoja alentaa kitkaa ilman, että jossain mielessä muutetaan materiaaleja, joista pinnat on valmistettu. Järjestelmän kitkakerrointa voidaan vähentää tehokkaasti lisäämällä ohut kerros voiteluainetta. Vaihtoehtoisesti on usein mahdollista alentaa kitkaa laittamalla pintojen väliin kaasupeite, mikä vähentää pinnan näennäistä painoa ja eliminoi valmistusvirheet, kuten pinnan karheuden. Tehollisen painon muutos alentaa normaalivoimaa, kun taas vikojen puute muuttaa kitkakerrointa; molemmat laskevat matemaattisesti tuloksena olevaa kitkavoimaa. Insinöörit ovat hyödyntäneet kaasukerrosilmiötä ilmatyynyalusten kehittämiseen sekä maa- että vesipinnan ylittämiseen.