Что такое трение качения?

Трение качения - это сила сопротивления, действующая для замедления движения сферы, цилиндра или колеса, которое движется по прямой по ровной поверхности. Эта сила в значительной степени является результатом свойств материала объекта и поверхности, с которой он контактирует. Деформации или неровности в объекте или поверхности являются важными факторами, которые влияют на величину трения качения, а также площадь контакта между ними.

На поверхности большинства вещей есть крошечные неровности, какими бы гладкими они ни казались. Когда объект в покое находится в контакте с поверхностью, эти неровности захватывают друг друга, сопротивляясь движению. Это статическое трение.

Величина силы, прилагаемой к объекту для инициирования движения, должна быть достаточной для преодоления статического трения. Чтобы оставаться в движении, движущийся объект должен преодолевать сопротивление, вызванное неровностями. Это сопротивление является кинетическим трением.

Когда материалы, составляющие объект и поверхность, являются относительно жесткими, существует небольшая деформация в форме объекта или упругость поверхности. В этом случае основными факторами, определяющими трение качения, являются статическое или кинетическое трение и молекулярное трение. Молекулярное трение - это не продукт поверхностных неровностей, а химическая связь и электрические взаимодействия.

Менее жесткие материалы могут позволить объекту или поверхности деформироваться в форме или упругости из-за их взаимодействия. Объект, такой как шина или баскетбольный мяч, может деформироваться во время вращения. Изменение формы мягкого объекта, движущегося по твердой поверхности, увеличивает площадь контакта объекта с поверхностью. Кинетическое трение увеличивается, и величина трения качения также увеличивается.

Если поверхность, по которой движется объект, является мягкой или упругой, объект погрузится в поверхность и должен пробиться сквозь него. Это известно как эффект вспашки и является основным компонентом трения качения в этих условиях. Сила сопротивления неравномерно распределена по площади контакта с объектом. Наибольшая деформация поверхности в направлении движения объекта. Это, по сути, увеличивает статическое трение и, следовательно, трение качения.

Если и объект, и поверхность являются упругими, взаимодействие между ними является относительным и может управляться для достижения желаемого результата. Деформация формы объекта может сделать упругость поверхности более управляемой. Часто легче управлять автомобилем через мягкую грязь, например, если шины автомобиля накачаны не полностью.