Стык ( гибрид слов static и workout ) [1] — это сила , которую необходимо преодолеть, чтобы обеспечить относительное движение неподвижных объектов, находящихся в контакте. [2] Любые твердые объекты, прижимающиеся друг к другу (но не скользящие), потребуют некоторого порогового значения силы, параллельной поверхности контакта, чтобы преодолеть статическое сцепление. [3] Стык — это пороговое значение , а не непрерывная сила. Однако стык также может быть иллюзией, создаваемой вращением кинетического трения . [4]
В ситуациях, когда две поверхности с площадями ниже микрометровой шкалы оказываются в непосредственной близости (как в акселерометре ), они могут слипаться. В этом масштабе электростатические и/или силы Ван-дер-Ваальса и водородные силы связи становятся значительными. Явление двух таких поверхностей, слипающихся таким образом, также называется слипанием. Слипание может быть связано с водородными связями или остаточным загрязнением.
Стыкование — это тот же самый порог, при котором катящийся объект начнет скользить по поверхности, а не катиться с ожидаемой скоростью (и в случае колеса — в ожидаемом направлении). В этом случае это называется «трением качения» или μ r .
Вот почему на курсах обучения водителей учат, что если автомобиль начинает скользить вбок, водитель должен избегать торможения и вместо этого попытаться повернуть в том же направлении, в котором скользит. Это дает колесам возможность восстановить статический контакт путем качения, что снова дает водителю некоторый контроль. Аналогично, при попытке быстрого ускорения (особенно с места) чрезмерно восторженный водитель может «визжать» ведущими колесами, но эта впечатляющая демонстрация шума и дыма менее эффективна, чем поддержание статического контакта с дорогой. Многие трюковые приемы вождения (например, дрифт ) выполняются путем преднамеренного разрыва и/или восстановления этого трения качения.
Автомобиль на скользкой поверхности может скользить долгое время с небольшим контролем над ориентацией, если водитель «заблокирует» колеса в неподвижном положении, сильно нажав на тормоза. Антиблокировочные тормозные системы используют датчики скорости колес и датчики скорости автомобиля, чтобы определить, перестало ли вращаться какое-либо из колес. Затем модуль ABS на короткое время сбрасывает давление на любое колесо, которое вращается слишком медленно, чтобы не скользить, чтобы позволить дорожному покрытию снова начать свободно вращать колесо. Антиблокировочные тормоза могут быть намного эффективнее торможения каденцией , которое по сути является ручным методом для выполнения того же самого.
Трение относится к характеристике движения типа «старт-стоп» механической сборки. Рассмотрим механический элемент, медленно увеличивающий внешнюю силу на сборке в состоянии покоя, которая предназначена для относительного вращения или скольжения ее частей в контакте. Статическое контактное трение между частями сборки сопротивляется движению, заставляя пружинные моменты в сборке накапливать механическую энергию. Любая часть сборки, которая может упруго изгибаться, даже микроскопически, и оказывать восстанавливающую силу, вносит пружинный момент. Таким образом, «пружины» в сборке могут быть не очевидны для глаза. Возрастающая внешняя сила в конечном итоге превышает статическую силу сопротивления трения, и пружинные моменты, высвобождаясь, импульсивно оказывают свои восстанавливающие силы как на движущиеся части сборки, так и, по третьему закону Ньютона, в качестве реакции на внешний силовой элемент. Затем части сборки импульсивно ускоряются относительно друг друга, хотя и испытывают сопротивление динамического контактного трения (в этом контексте намного меньше, чем статическое трение). Однако силовой элемент не может ускоряться с той же скоростью, не успевает и теряет контакт. Внешняя сила на движущейся сборке мгновенно падает до нуля из-за отсутствия принудительного механического контакта, хотя внешний силовой элемент продолжает свое движение. Затем движущаяся часть замедляется до остановки из-за динамического контактного трения. Цикл повторяется, поскольку принудительно-действующий элемент снова догоняет контакт. Прилипание, сохранение энергии пружины, импульсивное высвобождение энергии пружины, ускорение, замедление, остановка, прилипание. Повторить.
Сцепление является проблемой для проектирования и материаловедения многих подвижных соединений. Это особенно касается линейных скользящих соединений, а не вращающихся шарниров. Благодаря простой геометрии расстояние перемещения скользящего соединения в двух сопоставимых соединениях больше, чем окружное перемещение поворотного подшипника, поэтому задействованные силы (для эквивалентной работы ) ниже, а силы трения становятся пропорционально более значительными. Эта проблема часто приводила к тому, что соединения перепроектировались из скользящих в чисто поворотные конструкции, просто чтобы избежать проблем со сцеплением. Примером является стойка Чепмена , подвесная связь. [5]
Во время поверхностной микрообработки прилипание или адгезия между подложкой (обычно на основе кремния ) и микроструктурой происходит во время изотропного влажного травления жертвенного слоя. Капиллярные силы , возникающие из-за поверхностного натяжения жидкости между микроструктурой и подложкой во время высыхания влажного травителя, заставляют две поверхности слипаться . Разделение двух поверхностей часто осложняется из-за хрупкой природы микроструктуры. Прилипание часто обходят с помощью использования сублимирующей жидкости (часто сверхкритического CO2 , который имеет чрезвычайно низкое поверхностное натяжение) в процессе сушки, где жидкая фаза обходит стороной. CO2 вытесняет промывочную жидкость и нагревается выше сверхкритической точки. По мере того, как давление в камере медленно сбрасывается, CO2 сублимируется , тем самым предотвращая прилипание.