Mikä on liukukitka?

Kitka on voima, joka vastustaa pinnan liikettä toisen päälle. Kun yksi pinta liikkuu suhteessa toiseen, kitka on “kineettinen” – liukukitka. Päinvastoin, jos pinnat eivät liiku – tai ovat levossa – toisiinsa nähden, kitka on staattinen. Staattisen kitkan tapauksessa, jos kohteeseen kohdistettu kokonaisvoima on “F” ja kitkan vastavoima on “f”, on olemassa jokin kerroin, μs, niin että f = μs × F. Jos F: stä tulee suurempi kuin f, staattinen kitka siirtyy liukukitkaan, ja matemaattisesta lausekkeesta tulee f = μk × F, missä μk on kineettinen eli liukukitka.

Huomaa, että kitkayhtälöt eivät sisällä termejä, jotka ovat helposti tunnistettavissa kitkan syistä. Tämä johtuu kitkaa lisäävien ilmiöiden suuresta vaihtelusta. Näitä ovat “tarttuvuudesta”, “kyntämisestä” ja “epämuodostumasta” johtuvat pintojen vuorovaikutukset. Tarttuvuus viittaa liukuvan kitkan komponenttiin, joka johtuu atomien sähköstaattisesta vetovoimasta. Liimattavat voimat kahden pinnan välissä voivat olla heikkoja – kuten Teflon® -päällystettyjen tai öljyttyjen pintojen tapauksessa – tai melko vahvoja, olennaisesti äärettömiä – voimakkaiden liimojen tapauksessa.

Kahdella enimmäkseen ehjällä pinnalla on puutteita-pinnan karheutta tai karkeutta-joita kutsutaan epätäydellisyyksiksi. Nämä voivat kytkeytyä ainakin lyhyeksi ajaksi. On olemassa kaksi mekanismia, jotka mahdollistavat edelleen tällaisten pintojen liikkeen toisiinsa nähden liukuvan kitkan aikana pysähtymättä. Yksi näistä on plastinen muodonmuutos, jolloin este estetään tilapäisesti sivuun. Toinen on auraus, jossa yksi pintaominaisuus auraa toisen pinnan epätäydellisyyden, aivan kuten maanviljelijän aura kaivaa pois lian teränsä alla ja sallii liikkumisen.

Kun kaksi lepotilassa olevaa pintaa voittaa staattisen kitkan voiman, ne sitoutuvat liukukitkaan. Tämä jatkuu niin kauan kuin pinnat ovat kosketuksissa ja voima on tarpeeksi suuri toiminnan jatkamiseksi. Useimmissa reaalimaailman sovelluksissa staattisen kitkan voima juuri ennen liikkeen alkamista on suurempi kuin liukukitkan aikana. On kuitenkin havaittu, että jos pinnan epätäydellisyydet minimoidaan huolellisesti, liukukitkan käynnistämiseen tarvittava voimataso on suunnilleen sama kuin sen ylläpitämiseksi tarvittava voima.

Työssä on muitakin voimia, joiden voidaan katsoa muistuttavan liukuvaa kitkaa joissakin aisteissa. Esimerkiksi magneettikenttä pystyy tuottamaan sellaisen, jota voidaan pitää eräänlaisena “kitkana” dynamoissa. Tuloksena on pieni magneettinen jarrutusosa. Tämä luokitellaan yleensä “magneettiseksi vaimennukseksi” eikä liukukitkaksi.