Войти
Явление прилипания-скольжения, также известный как смещать-палки явления или просто прилипания-скольжения, является спонтанное движение подергивания, что может произойти во время два объекта скольжения друг над другом.
Ниже приводится простое эвристическое описание явления скачкообразного движения с использованием классической механики, которое актуально для инженерных описаний. Однако на самом деле в академических кругах нет единого мнения относительно реального физического описания прерывистого скольжения, что следует из отсутствия понимания явлений трения в целом. Общепризнанное мнение состоит в том, что прерывистое скольжение является результатом общих фононных мод (на границе раздела между подложкой и ползунком), которые закреплены в волнообразном ландшафте потенциальной ямы, на которую в первую очередь повлияли отсоединение (скольжение) и закрепление (залипание) тепловыми колебаниями. Тем не менее, трение при прерывистом скольжении встречается в широком диапазоне масштабов длины от атомарного до тектонического, и не существует единого физического механизма, ответственного за все проявления.
Жесткость пружины (показана на изображении ниже), нормальная нагрузка на границе раздела (вес ползуна), продолжительность существования границы раздела (влияющая на химический массоперенос и образование связи), исходная скорость (скорость) скольжения (когда слайдер находится в фазе скольжения) - все это влияет на поведение системы. Описание с использованием общих фононов (а не основных законов, таких как модель трения Кулона) обеспечивает объяснение шума, который обычно сопровождает прерывистое скольжение через поверхностные акустические волны. Использование сложных конститутивных моделей, которые приводят к разрывным решениям (см. Парадокс Пенлеве ), в конечном итоге требует ненужных математических усилий (для поддержки негладких динамических систем) и не представляет истинного физического описания системы. Однако такие модели очень полезны для моделирования и анимации с низкой точностью.
Техническое описание
Скачок-проскальзывание можно описать как поверхности, чередующиеся между прилипанием друг к другу и скольжением друг по другу, с соответствующим изменением силы трения. Обычно коэффициент статического трения (эвристическое число) между двумя поверхностями больше, чем кинетический коэффициент трения. Если приложенная сила достаточно велика, чтобы преодолеть трение покоя, то уменьшение трения до кинетического может вызвать внезапный скачок скорости движения. На прилагаемом изображении символически показан пример прерывистого скольжения.
V - приводная система, R - упругость системы, M - нагрузка, которая лежит на полу и толкается горизонтально. Когда приводная система запускается, пружина R нагружена, и ее толкающая сила против нагрузки M увеличивается до тех пор, пока коэффициент статического трения между нагрузкой M и полом больше не сможет удерживать нагрузку. Нагрузка начинает скользить, и коэффициент трения уменьшается от статического до динамического. В этот момент пружина может дать больше мощности и ускорить M. Во время движения M сила пружины уменьшается до тех пор, пока ее не станет недостаточно для преодоления динамического трения. С этого момента M замедляется до полной остановки. Однако система привода продолжает работать, пружина снова нагружается и т. Д.
Примеры прерывистого скольжения можно услышать из гидравлических цилиндров, тракторные мокрых тормозов, хонинговальные машины и т.д. Специальные аэролаки могут быть добавлены к гидравлической жидкости или охлаждающей текучей среде, чтобы преодолеть или свести к минимуму эффекта скачкообразного. Прерывистое скольжение также наблюдается на токарных станках, фрезерных станках и другом оборудовании, где что-то скользит по направляющей. Масла для направляющих скольжения обычно включают «предотвращение прерывистого скольжения» как одну из своих характеристик. Другие примеры явления скачкообразного движения включают музыку, исходящую от смычковых инструментов, шум автомобильных тормозов и шин и шум останавливающегося поезда. Также наблюдается прерывистое скольжение суставного хряща в условиях умеренной нагрузки и скольжения, что может привести к абразивному износу хряща.
Другой пример явления прерывистого скольжения возникает, когда музыкальные ноты играются на стеклянной арфе, когда влажным пальцем протирается край хрустального бокала. Одно животное, которое издает звук, используя трение при прерывистом скольжении, - это колючий омар, который трется усиками о гладкие поверхности головы. Другой, более распространенный пример, который производит звук с помощью трения прерывистого скольжения - кузнечик.
Скачок-проскальзывание можно также наблюдать в атомном масштабе с помощью микроскопа силы трения. В таком случае явление можно интерпретировать с помощью модели Томлинсона.
Поведение сейсмически активных разломов также объясняется с помощью модели скачкообразного движения, при этом землетрясения возникают в периоды быстрого сдвига.
Характерный звук баскетбольных кроссовок на корте возникает из-за прерывистого контакта резиновой подошвы с деревянным полом.
Прерывистое проскальзывание - это основной физический механизм активного контроля трения путем применения вибраций.
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали рой самосворачивающихся роботов - оригами, которые используют феномен прерывистого скольжения для передвижения.
Очевидное прерывистое скольжение может наблюдаться даже в системе, не имеющей силы статического трения («динамическое трение»).
