Историки часто говорят о применении в практической деятельности людей, живших во времена тех или иных древних царств и цивилизаций важнейшего, без преувеличения, изобретения человечества – колеса. На основании этого иногда появляются суждения об уровне развития интеллекта и технологий этих давно канувших в Лету сообществ.
При более внимательном рассмотрении, впрочем, часто оказывается, что это – не самый лучший индикатор «продвинутости». Например, инкам с их крутыми горными дорогами колесные повозки были просто без надобности (надо было бы – изобрели, носильщики в таких условиях, и тем более в джунглях, гораздо эффективнее). Египтяне времен строителей пирамид прекрасно обходились гораздо более удобными водными дорогами по каналам и по Нилу, а при перемещении многотонных мегалитов – смазанными деревянными полозьями по деревянным же «рельсам».
Знаменитые колесницы (два коня, возница и лучник, вес около 35 килограммов, отличная амортизация, о которой аляповатым телегам европейцев три тысячи лет спустя приходилось только мечтать), так красиво смотрящиеся на рельефах в честь походов Рамсесов появились позже, с подачи завоевателей-гиксосов. Верхом подданные фараонов ездили главным образом на весьма нестремительных осликах, так что после вторжения чужаков традиционной сухопутной и морской/речной египетской пехоте вскоре стало очень понятно, что с шустрыми иноземцами лучше воевать на таких же колесных повозках.
Но сейчас – не о технологиях прошлого, а о том, как мы сейчас то и дело поскальзываемся в своих просвещенных рассуждениях и в практических инженерных заботах. Когда дело так или иначе касается чего-нибудь катящегося и того, как этому препятствует дорога. Несколько раз сталкивался с этим непосредственно – и что прикажете делать с такими инженерами, с вполне, казалось бы, грамотными, взрослыми и совершенно убежденными в своей школярской правоте людьми.
Как известно, существует всего три фундаментальных вида трения между движущимися друг относительно друга твердыми телами, которые физически соприкасаются друг с другом. Это: трение покоя (или, что то же самое, трение страгивания) – два тела только-только начинают смещаться относительно друг друга, трения скольжения – тела уже находятся в устоявшемся скольжении друг относительно друга, и трение качения – это когда минимум одно из этой пары тел совершает вращении вокруг оси, параллельной поверхности второго.
Говоря проще, бухгалтерско-бытовым языком, коэффициент трения качения – это тот не равный нулю комиссионный сбор, который природа всегда забирает из сил, совершающих полезное (вдоль по дороге) перемещение сделанного из реального твердого материала катка (колеса, шара, ролика и т.д.) по сделанной из реального твердого материала дороге.
Сопротивление трению качения (чаще говорят «трение качения») – это сопротивление перемещению, возникающее при перекатывании твердых тел друг по другу. Что имеет место практически везде и всюду в технике. То есть это та неизбежная и всегда противоположно направленная сила, которая препятствует качению некой материализованной окружности – колесу, ролику, шару («катку») по некой другой поверхности («дороге»).
Абсолютно твердых материалов, как известно, в природе не существует и существовать не может. Поэтому любой каток неизбежно вдавливается в материал дороги. Это – главная причина появления трения качения.
Увеличивают эту неприятность еще и силы адгезии («приклеивание») в пятне контакта, необратимое рассеивание энергии на взаимные микроскопические упругие и пластические деформации пары «каток-дорога» и т.п. Но эти добавки очень невелики и редко когда интересны с практической точки зрения . Если вычесть их влияние и игнорировать само их существование (равно как и проскальзывание, тяговое или тормозящее действие самого катка), то остается так называемое «чистое трение качения». О нем и речь.
Странно, но найти простую внятную картинку на эту тему оказалось довольно сложно. Но даже на этой, без затеняющих суть подробностей, явно не к месту изображена эпюра давлений [веса катка на дорогу]. Нарисованная к тому же неверно: взаимный обмен силами между катком и дорогой физически возможен только в пределах зоны вмятия (дуга АВ) и чуточку левее точки А.
Kкач = (P/Q)xR
Коэффициент, определяющий любое сопротивление дороги перемещению груза, должен быть обязательно безразмерным. Так обстоит дело, например, с коэффициентом трения скольжения. На примере движения деревянных полозьев по деревянному гладкому сухому настилу: умножаем вес Q того, что перемещается, на 0,38 – и получаем необходимую величину P. Она равна 38% веса того, что перемещается.
С формулами спорить трудно, однако из них следует какая-то очевидная ерунда. Получается, что указанные в справочниках [измеряемые в единицах длины] коэффициенты трения качения неминуемо зависят от веса катка Q, радиуса R и точки приложения силы тяги P.
Другими словами, числа в справочниках (при корректно проведенных лабораторных экспериментах, конечно) имеют смысл для катка только определенного радиуса и только определенного веса (считая с полезной нагрузкой: телеги или поезда ездят гружеными, именно для этих ситуаций инженерам нужно знать сопротивление полезному перемещению).
Но тогда – общий и, видимо, чрезвычайно глупый вопрос: что же нам диктуют справочники? С парами материалов все понятно и никаких возражений нет. Дело в другом: КАК именно были получены эти кочующие из издания в издание экспериментальные числа: для каких конкретных Q и R? И к какой именно точке экспериментального катка была приложена подвергнутая кропотливому измерению сила P?
Пара наглядных примеров того, что даже без учета вышесказанного к официальным данным по поводу коэффициетов трения качения в справочниках надо относиться очень внимательно и не без осторожности:
- - -
(*) – иллюстрация из интернета, открытые источники
Если понравилось рассказанное – не стесняйтесь кликнуть по значку «Во!» (это где большой палец вверх, что в Дзене означает вовсе не респект автору, а «давайте ещё чего-нибудь примерно такого же», «требую продолжения банкета!»). И – подписывайтесь на канал, оставляйте комментарии.
