ТРЕНИЕ В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ

ДОРОГОЕ ТЕПЛО

Итак, при всяком механическом движении (кроме полёта в безвоздушном пространстве) всегда возникает трение. Оно тормозит движение. Сухое же трение по­коя препятствует началу движения. Значит, для того чтобы движение началось и не прекращалось, необходимо всё время прилагать силу, противодействующую силе тре­ния. Например, чтобы санки скользили, не замедляясь, по снегу, их нужно всё время тянуть за верёвку. Что­бы двигался поезд, нужен паровоз. На автомобиле и самолёте при движении должны работать мощные моторы.

Чтобы часы не останавливались, приходится каждый день заводить пружину или поднимать гирю. Не будь трения, достаточно было бы начального толчка, и санки сами скользили бы, а автомобиль катился бы с выклю­ченным мотором, не замедляясь, пока дорога не пошла бы в гору; часы без всякой пружины шли бы вечно.

Но трение существует, и для поддержания движения необходима сила тяги. При действии этой силы затрачи­вается работа. А эта работа не даётся даром. Чтобы её получить, нужно расходовать энергию какого-либо вида — механическую энергию заведённой пружины или поднятой гири, энергию электрического тока или хими­ческую энергию горящего топлива.

Трение неизменно сопровождает работу каждого ме-’ ханизма, каждой машины.

К чему это приводит?

Чтобы ответить на этот вопрос, проследим за работой подъёмного крана.

Сотни таких кранов работают сейчас на наших строи­тельствах. Подъёмный кран приводится в движение электромотором, или двигателем внутреннего сгорания.

При работе мотора затрачивается какая-либо энергия — электрическая или химическая энергия горючего (бен­зина, нефти). Но вот вопрос: вся ли механическая энер­гия, отдаваемая мотором подъёмного крана, идёт на подъём груза, скажем кирпича?

Пусть за один раз кран поднимает 200 килограммов кирпича на высоту в 5 метров. Работа по подъёму груза измеряется весом этого груза (в килограммах), умножен­ным на высоту подъёма (в метрах), и выражается в кило­граммометрах (сокращённо кем).

Таким образом, работа нашего крана составит 1000 ки­лограммометров. -

Чему равна в этом случае затраченная мотором ра­бота? Может быть, тоже 1000 килограммометров? Ока­зывается, нет. Мотор должен произвести больше ра­боты — около 1200 килограммометров. Куда же девалась эта лишняя работа? Мы легко догадаемся, если вспом­ним о трении. В любом механизме, в том числе и в подъ­ёмном кране, есть движущиеся части — приводные ремни, шестерни, блоки, оси, рычаги. При работе меха­низма все эти части скользят и перекатываются и по­тому трутся друг о друга.

И вот, на преодоление силы трения в самом механизме и ушло 200 килограммометров работы. Эта работа тратится бесполезно.

Что же выходит? Из-за наличия трения в механизме подъёмного крана отдаваемая им работа меньше, чем ра­бота, затрачиваемая на приведение механизма в движе­ние. Чем меньше потери на трение в механизме, тем он выгоднее, тем больше, как говорят, его коэффициент полезного действия (сокращённо кпд). Коэффи­циентом полезного действия как раз и называется число, показывающее, какую часть затраченной работы соста­вляет работа, отдаваемая механизмом.

Наш подъёмный кран имеет коэффициент полезного действия, равный 1000: 1200 = 5/6.

Так как трение всегда присутствует в механизмах, то их коэффициент полезного действия всегда меньше еди­ницы. Ведь отдаваемая работа станет равной затрачен­ной только при полном отсутствии трения.

Куда же девается работа, затраченная на преодоле­ние силы трения?

Исчезнуть бесследно она не может. Чтобы разобраться, в чём тут дело, потрите ладони рук друг о друга. Вы по­чувствуете, что они стали тёплыми. Вспомните, как на­гревается пила от трения её о дерево, когда вы пилите дрова. При всяком трении происходит нагревание, т. е. энергия, затраченная на преодоление трения, переходит в тепло.

Тепло, выделяющееся при трении, может быть очень велико. Так, при недостаточной смазке вагонных осей в >подшипни*ках — «буксах» железнодорожных вагонов на­гревание иногда бывает столь сильно, что сами подшип­ники плавятся — «горят буксы».

Головка спички, которой мы чиркаем о коробку, тоже нагревается, и при этом загорается легко воспламеняю­щийся состав, из которого она сделана.

Куда девается тепло, выделяющееся при трении? Передаваясь от нагретых частей к холодным, оно пере­ходит в окружающий воздух или воду, распространяется всё дальше и дальше от места нагрева, как говорят, рас­сеивается. Значит, рассеивается и энергия, затраченная <на преодоление сил трения. Использовать её снова мы не можем. Поэтому работу, потраченную на преодоление трения, можно назвать бесполезной в отличие от всякой другой работы, например, работы, идущей на подъём груза или на завод часо-вой пружины. В этих случаях работа не рассеивается — её можно вернуть: поднятый груз, опускаясь, а заведённая пружина, раскручиваясь, могут совершать работу, и затраченная ранее работа мо­жет быть использована снова.

На рисунке 3 показан пример того, как можно это сделать.

Мы уже говорили, что автомобиль движется, не оста­навливаясь, только в том случае, если бесперебойно ра­ботает его мотор.

На что же расходуется работа автомобильного мо­тора?

Инженеры подсчитали это точно; и вот что получилось (для автомобиля одного типа). При движении автомо­биля по горизонтальному пути со скоростью 50 километ­ров в час за одну секунду мотор производит работу в 1500 кем, т. е. развивает мощность в 20 лошадиных сил (1 лошадиная сила равна 75 килограммометрам в се­кунду).

Эта мощность расходуется на:

1) преодоление трения в переда­чах (трансмиссиях) 525 кгм в сек. (7 лошадиных сил

2) преодоление трения качения

TOC o "1-5" h z задних колёс............................... 450 » » » (6 » »

3) преодоление трения качения

Передних колёс........................... 150 » » » (2 » »

4) преодоление сопротивления

Воздуха....................................... 375 »» » (5 » »

Всего на преодоление разных

Видов трения.................................... 1500 » » » (20 » »

Что же получается?

Едущий по горизонтальной дороге автомобиль не со вершает никакой полезной работы. Он не поднимает гру

ДОРОГОЕ ТЕПЛО

Рис. 3. Так, например, можно использовать работу, затраченную на подъём груза. Груз, опускаясь, вращает вал динамомашины, вырабатывающей электрический ток.

Зов и не сжимает пружин. Его мотор работает только на преодоление трения разных видов.

То же самое можно сказать о всех транспортных ма­шинах. Двигатель самолёта, паровая машина паровоза, турбина океанского парохода—все они работают главным образом против сил трения того или иного вида. При движении по шоссе или по рельсам двигатели транспорт­ных машин работают в основном против сил сухою тре­ния о дорогу; при движении по воде — против сопроти­
вления воды; при движении в воздухе — против сопроти­вления воздуха; и во всех случаях — против трения в са­мих двигателях и передающих механизмах.

Конечно, когда транспортные машины поднимаются в гору или набирают скорость, то на это расходуется до­полнительная работа сверх работы, идущей на преодоле­ние трения. Наоборот, при спуске или при замедлении мотор может работать с меньшей мощностью, а то и совсем не работать. Однако практически как этот пере­расход, так и экономия работы невелики, и моторы транс­портных машин работают главным образом действи­тельно против сил трения.

Выходит, что громадные количества автомобильного и авиационного бензина и других видов горючею — нефти, угля, дров, а также значительная часть выраба­тываемой электроэнергии тратятся поневоле впустую, выбрасываются на ветер. Ведь на трение расходуется энергия не только на транспорте, но и в промышленно­сти — в бесчисленных станках и машинах.

Сухое трение вызывает ещё одно очень неприятное явление— износ. Почему, например, быстро изнаши­ваются подошвы у обуви? Виновник этого — трение. При ходьбе подошвы трутся о камни мостовой, о землю, о пол. Трение вызывает износ трущихся поверхностей. Сти­раются не только подошвы. Постепенно стираются и кам­ни. Обратите внимание на ступени лестницы старого дома. Посередине, где ступают чаще всего, ступени сносились, потеряли свою первоначальную форму. Вследствие из­носа стираются и начинают пропускать газы поршневые кольца в цилиндрах моторов; срабатываются подшипники всех видов: движущиеся части станков разбалтываются и теряются точность и плавность их хода. Износ происхо­дит даже в часал, где все детали хорошо отполированы и очень легки. Посмотрите в лупу на подшипники-«камни» старых часов, и вы увидите, как они изношены. Износ — очень вредное явление. Не будь ею, все предметы были бы во много раз долговечнее. Не пришлось бы так часто обновлять обувь, одежду, ремонтировать машины. А при­чина износа — трение.

11

подпись: 11Таким образом, вопрос, поставленный нами в начале этой главы, — является ли трение врагом нашим или с о ю з н и к о м ~ решается без труда: конечно, трение — враг. Во-первых, оно всегда тормозит,

2 Лисовский и Саломонович
замедляет и даже прекращает движение; на преодоление трения всяких видов расходуется громадное количество ценного топлива. Во-вторых, трение вызывает износ, т. е. большие потери различных материалов.

Не будем, однако, спешить с выводами. Посмотрим лучше, что стало бы, если бы трения не существо-вало.

ТРЕНИЕ В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

П Рочтя эту книжку, вы познакомились с трением; Вы узнали, какое важное значение имеют силы тре­ния в повседневной жизни и в технике. . Теперь вы знаете, какие встречаются разновидности сил …

ПОЧЕМУ ВОЗНИКАЕТ ТРЕНИЕ

Наш рассказ о трении подходит к концу. Мы узнали, какое большое значение имеет трение в повседневной жизни, на производстве и транспорте; как важно бывает в одних случаях сделать трение как …

КАК СУХОЕ ТРЕНИЕ СДЕЛАЛИ ЖИДКИМ

Заменив в шариковых подшипниках сухое трение скольжения трением качения, инженеры выиграли боль­шое сражение против трения. Но о™ не успокоились на этом. Оставалось ещё по­бедить застой. Застой, как мы знаем, присущ …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.