Contenuto

• Al passo
• Metodo 1 di 2: creazione di una superficie più ruvida
• Metodo 2 di 2: aumentare la resistenza in un liquido o gas
• Avvertenze

Ti sei mai chiesto perché le tue mani si scaldano quando le strofini insieme velocemente o perché puoi effettivamente accendere un fuoco strofinando due bastoncini insieme? La risposta è l'attrito! Quando due superfici si sfregano l'una contro l'altra, si neutralizzano a livello microscopico il movimento dell'altra. Questa resistenza genererà energia sotto forma di calore, che puoi usare per riscaldarti le mani, accendere un fuoco, ecc. Maggiore è l'attrito, più energia verrà rilasciata, quindi sappi come aumentare l'attrito tra due in movimento. le parti in un sistema meccanico ti danno fondamentalmente l'opportunità di generare molto calore!

Al passo

Metodo 1 di 2: creazione di una superficie più ruvida

1. Crea punti di contatto più "ruvidi" o appiccicosi. Quando due materiali scivolano o sfregano l'uno contro l'altro, possono accadere tre cose: piccoli angoli, crepe e irregolarità sulla superficie possono rimanere impigliati; una o entrambe le superfici possono deformarsi in risposta al movimento; e, alla fine, gli atomi in qualsiasi superficie possono iniziare a interagire tra loro. Ai fini pratici, tutti e tre questi fanno la stessa cosa: creano attrito. Scegliere le superfici abrasive (come la carta vetrata), deformate (come la gomma) o appiccicose (come la colla, ecc.) È un modo semplice per aumentare l'attrito.
   • I libri di testo tecnici e risorse simili possono essere di grande aiuto nella selezione dei materiali da utilizzare per aumentare l'attrito. La maggior parte dei materiali da costruzione standard ha un "coefficiente di attrito" noto, ovvero una misura di quanto attrito viene generato insieme ad altre superfici. Di seguito sono elencati i coefficienti di attrito solo per pochi materiali noti (un valore più alto indica un attrito maggiore):
   • Alluminio su alluminio: 0,34
   • Legno su legno: 0,129
   • Calcestruzzo secco su gomma: 0,6-0,85
   • Calcestruzzo bagnato su gomma: 0,45-0,75
   • Ghiaccio su ghiaccio: 0,01
2. Spingere le due superfici insieme più forte. Una definizione di base in fisica afferma che l'attrito che un oggetto subisce è proporzionale alla forza normale (per il nostro scopo questa forza è uguale a quella con cui l'oggetto spinge contro l'altro). Ciò significa che l'attrito tra due superfici può essere aumentato se le superfici vengono spinte insieme con più forza.
   • Se hai mai usato i dischi dei freni (ad esempio quelli su un'auto o una bicicletta), allora hai visto questo principio in azione. In questo caso, premendo i freni, una serie di blocchi generatori di attrito vengono spinti contro i dischi metallici che sono attaccati alle ruote. Più forte premi i freni, più duramente i blocchi verranno premuti contro i dischi e ci sarà più attrito. Ciò consente di arrestare rapidamente il veicolo, ma rilascia anche molto calore, motivo per cui i sistemi frenanti sono spesso molto caldi dopo una frenata brusca.
3. Interrompi ogni movimento relativo. Ciò significa che se una superficie si muove rispetto a un'altra, la fermi. Finora ci siamo concentrati dinamico (o "scorrimento") attrito - l'attrito che si verifica quando due oggetti o superfici si sfregano l'uno contro l'altro. In effetti, questa forma di attrito è diversa da statico attrito: l'attrito che si verifica quando un oggetto inizia a muoversi contro un altro oggetto. In sostanza, l'attrito tra due oggetti è maggiore quando iniziano a muoversi l'uno contro l'altro. Una volta che sono in movimento, l'attrito diminuisce. Questo è uno dei motivi per cui è difficile far muovere un oggetto pesante piuttosto che tenerlo.
   • Per osservare la differenza tra attrito statico e dinamico, prova il seguente semplice esperimento: Posiziona una sedia o un altro mobile su un pavimento liscio della tua casa (non su un tappeto o un tappeto). Assicurati che i mobili non abbiano "borchie" protettive sul fondo o qualsiasi altro tipo di materiale che ne faciliti lo scorrimento sul pavimento. Prova i mobili appena spingere abbastanza forte in modo che inizi a muoversi. Dovresti notare che una volta che i mobili iniziano a muoversi, diventa immediatamente molto più facile da spingere. Questo perché l'attrito dinamico tra i mobili e il pavimento è minore dell'attrito statico.
4. Rimuovere i liquidi dalle superfici. Liquidi come olio, grasso, vaselina, ecc. Possono ridurre notevolmente l'attrito tra oggetti e superfici. Questo perché l'attrito tra due solidi è solitamente molto più alto di quello tra solidi e un liquido intermedio. Per aumentare l'attrito, puoi eliminare tutti i liquidi possibili dall'equazione, con solo le parti "secche" che causano attrito.
   • Prova il seguente semplice esperimento per avere un'idea della misura in cui i liquidi possono ridurre l'attrito: strofina le mani se sono fredde e vuoi riscaldarle. Dovresti essere in grado di notare immediatamente che si stanno riscaldando per lo sfregamento. Quindi metti una discreta quantità di lozione sui palmi delle mani e prova a fare lo stesso di nuovo. Non solo dovrebbe essere più facile strofinare le mani velocemente, ma noterai anche che diventano meno calde.
5. Rimuovere ruote o supporti per creare attrito scorrevole. Ruote, supporti e altri oggetti "rotolanti" subiscono un tipo speciale di attrito chiamato attrito volvente. Questo attrito è quasi sempre inferiore all'attrito generato dallo scorrimento dello stesso oggetto sul terreno. - Questo è il motivo per cui questi oggetti tendono a rotolare e non scivolare sul terreno. Per aumentare l'attrito in un sistema meccanico, è possibile rimuovere le ruote, i supporti, ecc. In modo che le parti scivolino l'una contro l'altra, non rotolano.
   • Si consideri, ad esempio, la differenza tra il trascinamento di un peso pesante sul terreno in un carrello rispetto a un peso equivalente in un carrello. Un carro è dotato di ruote, quindi è più facile da trainare rispetto a un carro, che trascina sul terreno generando molto attrito di scorrimento.
6. Aumenta la viscosità. Gli oggetti solidi non sono le uniche cose che possono creare attrito. Anche le sostanze liquide (liquidi e gas come l'acqua e l'aria, rispettivamente) possono creare attrito. La quantità di attrito che un liquido genera quando scorre oltre un solido dipende da diversi fattori. Uno dei più facili da controllare è la viscosità, che viene comunemente chiamata "spessore". In generale, i liquidi con un'elevata viscosità (quelli sono "densi", "appiccicosi", ecc.) Causeranno più attrito rispetto ai liquidi meno viscosi (quelli sono "lisci" e "liquidi").
   • Ad esempio, considera la differenza di sforzo che dovrai fare quando soffi l'acqua attraverso una cannuccia rispetto al soffiare il miele attraverso una cannuccia. L'acqua non è molto viscosa e si sposterà facilmente attraverso la paglia. Il miele è molto più difficile da soffiare attraverso una cannuccia. Questo perché l'alta viscosità del miele genera molta resistenza e quindi attrito quando viene soffiato attraverso un tubo stretto come una cannuccia.

Metodo 2 di 2: aumentare la resistenza in un liquido o gas

1. Aumenta la viscosità del liquido. Il mezzo attraverso il quale un oggetto viaggia esercita una forza sull'oggetto che, nel suo insieme, cerca di annullare la forza di attrito sull'oggetto. Più un liquido è denso (e quindi più viscoso), più lentamente un oggetto si muoverà attraverso quel liquido sotto l'influenza di una data forza. Ad esempio: una biglia cadrà attraverso l'aria molto più velocemente che attraverso l'acqua e attraverso l'acqua più velocemente che attraverso lo sciroppo.
   • La viscosità della maggior parte dei liquidi può essere aumentata abbassando la temperatura. Ad esempio: una biglia cade più lentamente attraverso lo sciroppo freddo che attraverso lo sciroppo a temperatura ambiente.
2. Aumenta l'area esposta all'aria. Come indicato sopra, le sostanze liquide come l'acqua e l'aria possono generare attrito quando scorrono oltre i solidi. La forza di attrito subita da un oggetto mentre si muove attraverso una sostanza liquida è chiamata resistenza (a seconda del mezzo, questa è anche chiamata "resistenza all'aria", "resistenza all'acqua", ecc.) Una delle proprietà della resistenza è che un oggetto con una sezione trasversale più ampia, ovvero un oggetto con un profilo maggiore mentre si muove attraverso il fluido, sperimenta più resistenza. Ciò conferisce al liquido più superficie su cui spingere, il che aumenta l'attrito sull'oggetto mentre si muove attraverso di esso.
   • Supponiamo che un ciottolo e un foglio di carta pesino ciascuno un grammo. Se lasciamo cadere entrambi allo stesso tempo, il sassolino cadrà dritto verso il basso mentre il foglio di carta ruoterà lentamente verso il basso. È qui che si vede la resistenza dell'aria in azione: l'aria spinge contro la grande e ampia superficie della carta creando resistenza e la carta cade molto più lentamente del ciottolo, che ha una sezione trasversale relativamente stretta.
3. Scegli una forma con maggiore resistenza. Sebbene la sezione trasversale di un oggetto sia buona generale è un'indicazione della dimensione del resistore, in realtà i calcoli del resistore sono molto più complicati. Forme diverse si comportano in modi diversi nei liquidi che attraversano - questo significa che alcune forme (es. Piastre piatte) sono più resistenti di altre (es. Sfere) fatte dello stesso materiale. Poiché la misura per l'ampiezza relativa della resistenza dell'aria è anche chiamata "coefficiente di resistenza aerodinamica", si dice che le forme con una grande resistenza all'aria abbiano un coefficiente di resistenza maggiore.
   • Considera, ad esempio, le ali di un aeroplano. La forma di un'ala tipica di un aeroplano è chiamata a profilo alare. Questa forma liscia, stretta e arrotondata si muove facilmente nell'aria. Il coefficiente di resistenza è molto basso - 0,45. D'altra parte, puoi immaginare che un'ala abbia angoli acuti, sia a forma di blocco o assomigli a un prisma. Queste ali generano molto più attrito perché generano molta resistenza in volo. I prismi hanno quindi un coefficiente di resistenza aerodinamica maggiore rispetto ai profili alari - circa 1,14.
4. Rendi l'oggetto meno snello. Un altro fenomeno legato ai diversi coefficienti di resistenza aerodinamica delle varie forme è che gli oggetti con una "carenatura" più grande e squadrata generalmente generano più resistenza degli altri oggetti. Questi oggetti sono costituiti da linee ruvide e rette e di solito non si restringono verso la parte posteriore. D'altra parte, gli oggetti aerodinamici sono spesso più arrotondati e si assottigliano verso la parte posteriore, come il corpo di un pesce.
   • Ad esempio, il modo in cui un'auto familiare media è progettata oggi rispetto allo stesso tipo di decenni fa. In passato, le auto erano molto più a blocchi e avevano linee molto più dritte e rettangolari. Oggi, la maggior parte delle auto familiari è molto più aerodinamica e, in larga misura, leggermente arrotondata. Questo è fatto apposta: una forma aerodinamica significa che un'auto sperimenta meno resistenza, riducendo lo sforzo del motore per spostare l'auto (e riducendo il consumo di carburante).
5. Utilizzare materiale che permetta il passaggio di meno aria. Alcuni materiali consentono il passaggio di liquidi e gas. In altre parole, ci sono dei fori per il passaggio del liquido. Ciò garantisce che la superficie dell'oggetto contro cui il liquido sta spingendo diventi più piccola, quindi c'è meno resistenza.Questa proprietà rimane valida anche se i fori sono microscopici - finché i fori sono abbastanza grandi da consentire il passaggio di liquido / aria, la resistenza sarà ridotta. Questo è il motivo per cui i paracadute, progettati per generare molta resistenza all'aria e quindi ridurre la velocità di caduta di qualcuno o qualcosa, sono realizzati in seta o nylon resistente e leggera e non filtri in cotone o caffè.
   • Per dare un esempio di questa proprietà in azione, pensa a cosa succede a una mazza da ping pong quando trapani alcuni fori. Diventa quindi molto più facile spostare rapidamente la pagaia. I fori consentono il passaggio dell'aria durante l'oscillazione della pagaia, il che riduce notevolmente la resistenza e consente alla pagaia di muoversi più velocemente.
6. Aumenta la velocità dell'oggetto. Infine, indipendentemente dalla forma di un oggetto o dalla permeabilità del materiale di cui è composto, la resistenza che incontra aumenterà sempre man mano che si muove più velocemente. Più velocemente un oggetto si muove, più liquido dovrà muoversi, il che a sua volta aumenta la resistenza. Gli oggetti che si muovono a velocità molto elevate possono subire un attrito molto elevato a causa dell'elevata resistenza, quindi questi oggetti di solito saranno snelliti lì oppure cadranno a pezzi a causa della forza della resistenza.
   • Si consideri il Lockheed SR-71 "Blackbird", un aereo spia sperimentale costruito durante la Guerra Fredda. Il Blackbird, che poteva volare a velocità superiori a mach 3.2, ha incontrato un'estrema resistenza da quelle alte velocità, nonostante il suo design aerodinamico, abbastanza estremo da causare l'espansione della fusoliera metallica dell'aereo a causa del calore generato dall'attrito dall'aria durante il volo. .

Avvertenze

• Un attrito estremamente elevato può rilasciare molta energia sotto forma di calore! Ad esempio, non vuoi davvero toccare le pastiglie dei freni della tua auto subito dopo aver colpito duramente i freni!
• Le grandi forze rilasciate quando vengono trascinate attraverso un fluido possono causare danni strutturali a quell'oggetto. Ad esempio, se metti il ​​lato piatto di un sottile pezzo di compensato nell'acqua mentre guidi un motoscafo, è probabile che venga fatto a pezzi.