Стикция ( сочетание слов статика и трение ) [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 порога силы, параллельной поверхности контакта, чтобы преодолеть статическое сцепление. Прилипание — это порог , а не непрерывная сила. Однако прилипание также может быть иллюзией, созданной вращением кинетического трения . [3]
В ситуациях, когда две поверхности с площадями ниже микрометровой шкалы находятся в непосредственной близости (как в акселерометре ), они могут слипнуться. В этом масштабе электростатические и/или силы Ван-дер-Ваальса и водородной связи становятся значительными. Явление склеивания двух таких поверхностей таким образом также называется прилипанием. Прилипание может быть связано с водородными связями или остаточным загрязнением.
Прилипание — это также тот же порог, при котором катящийся объект начнет скользить по поверхности, а не катиться с ожидаемой скоростью (а в случае колеса — в ожидаемом направлении). В данном случае это называется «трение качения» или µ r .
Именно поэтому на курсах подготовки водителей учат, что если автомобиль начинает скользить в сторону, водителю следует избегать торможения и вместо этого попытаться повернуть в том же направлении, в котором происходит скольжение. Это дает колесам возможность восстановить статический контакт при качении, что снова дает водителю некоторый контроль. Точно так же при попытке резко ускориться (особенно с места) чрезмерно увлеченный водитель может «визжать» ведущими колесами, но эта впечатляющая демонстрация шума и дыма менее эффективна, чем поддержание статического контакта с дорогой. Многие техники каскадерского вождения (например, дрифт ) выполняются путем преднамеренного разрушения и/или восстановления трения качения.
Автомобиль на скользкой поверхности может долго скользить без особого контроля над ориентацией, если водитель «заблокирует» колеса в неподвижном положении, сильно нажимая на тормоза. Антиблокировочные тормозные системы используют датчики скорости колес и датчики скорости автомобиля, чтобы определить, перестало ли какое-либо из колес вращаться. 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 вращаться. Антиблокировочная система тормозов может быть намного более эффективной, чем торможение с частотой вращения педалей , которое, по сути, представляет собой ручной метод выполнения того же действия.
Стикшн относится к характеристике старт-стопного движения механического узла. Рассмотрим механический элемент, медленно увеличивающий внешнюю силу, действующую на покоящийся узел, который предназначен для относительного вращения или скольжения его соприкасающихся частей. Статическое контактное трение между деталями сборки препятствует движению, в результате чего пружинные моменты в сборке накапливают механическую энергию. Любая часть узла, которая может упруго изгибаться, даже микроскопически, и оказывать восстанавливающее усилие, создает пружинный момент. Таким образом, «пружины» в сборке могут быть неочевидны для глаза. Возрастающая внешняя сила в конечном итоге превышает силу сопротивления статического трения, высвобождающиеся пружинные моменты импульсивно оказывают свои восстанавливающие силы как на движущиеся части узла, так и, согласно третьему закону Ньютона, в ответ на внешний силовой элемент. Детали сборки затем импульсивно ускоряются в движении относительно друг друга, хотя им сопротивляется динамическое контактное трение (в данном контексте гораздо меньшее, чем статическое трение). Однако силовой элемент не может ускоряться с той же скоростью, не успевает за ним и теряет контакт. Внешняя сила, действующая на движущийся узел, на мгновение падает до нуля из-за отсутствия принудительного механического контакта, хотя элемент внешней силы продолжает свое движение. Затем движущаяся часть замедляется до остановки из-за динамического контактного трения. Цикл повторяется, когда движение силового элемента снова достигает контакта. Придерживайтесь, сохраняйте энергию пружины, импульсивно высвобождайте энергию пружины, ускоряйтесь, замедляйтесь, останавливайтесь, прилипайте. Повторить.
Залипание является проблемой при проектировании и материаловедении многих движущихся механизмов. Это особенно актуально для линейных скользящих соединений, а не для вращающихся шарниров. Благодаря простой геометрии расстояние перемещения скользящего соединения в двух сопоставимых рычажных механизмах больше, чем окружное перемещение поворотного подшипника, поэтому задействованные силы (для эквивалентной работы ) ниже, а силы сцепления становятся пропорционально более значительными. Эта проблема часто приводила к тому, что конструкции перепроектировались со скользящих на чисто поворотные, просто чтобы избежать проблем с залипанием. Примером может служить стойка Чепмена , рычаг подвески . [4]
При микрообработке поверхности при изотропном влажном травлении жертвенного слоя возникает сцепление или адгезия между подложкой (обычно на основе кремния ) и микроструктурой . Капиллярные силы , возникающие из-за поверхностного натяжения жидкости между микроструктурой и подложкой во время высыхания влажного травителя, вызывают слипание двух поверхностей . Разделение двух поверхностей часто бывает затруднено из-за хрупкой природы микроструктуры. Прилипание часто можно обойти с помощью процесса сушки сублимирующей жидкостью (часто сверхкритического CO 2 , который имеет чрезвычайно низкое поверхностное натяжение), при котором жидкая фаза обходит стороной. CO 2 вытесняет промывочную жидкость и нагревается до сверхкритической точки. Поскольку давление в камере медленно сбрасывается, CO 2 сублимируется, тем самым предотвращая прилипание.