Адгезия против статического трения

Я не говорю, что эта аналогия на самом деле точна, но если вы представите две поверхности как имеющие микроскопические гребни, которые сцепляются, как зубья шестерни, становится ясно, что можно иметь высокое сопротивление скольжению и совсем небольшое сопротивление раздвижению.

Ладно, кажется, я понял, почему я был сбит с толку. Это всего лишь мои мысли и совершенно не очень научный анализ, но я думаю, что проблема в том, что ни одного объяснения трения недостаточно.

Два основных вопроса, на которые я хочу ответить:

1. Почему статическое трение больше, чем кинетическое трение
2. Почему трение лишь иногда означает сцепление

Существует не только одна причина для трения. Трение — это любая сила, которая противодействует силе, приложенной, когда две поверхности соприкасаются.

При этом есть две основные модели, показывающие, почему это происходит. Я думаю, что некоторые из нас выучили одно, а некоторые из нас выучили другое (под нами я подразумеваю студентов, которые только начинают изучать физику) , поэтому я просто сопоставлю их вместе и, надеюсь, это поможет нарисовать более ясную картину.

Первый зависит от «шероховатости» поверхности:

Это связано с тем, что, как описал @Ben51, если две поверхности не гладкие, части одной «сцепляются» с частями другой. Эти взаимосвязанные части затем должны быть оторваны от поверхностей, когда мы прикладываем силу, если мы хотим, чтобы объекты скользили друг мимо друга, и, таким образом, приложенная сила должна быть достаточно велика, чтобы сломать их.

Это объясняет, почему, когда мы скользим по ДЕЙСТВИТЕЛЬНО шероховатым поверхностям друг относительно друга, мы видим, как маленькие кусочки отлетают от поверхностей. Это те взаимосвязанные части, которые ломаются.

Однако это не отвечает на мои вопросы. Во-первых, почему статическое трение больше кинетического? Во-вторых, если вы посмотрите на таблицу шероховатости VS трения, то почему, как только поверхности становятся действительно гладкими, трение начинает увеличиваться?

Если бы трение было вызвано только сцеплением двух шероховатых поверхностей, эти «микроскопические выступы» нужно было бы сломать независимо от того, скользят ли две шероховатые поверхности друг по другу или нет.

Утверждение, что нам не нужна такая большая сила для ускорения объекта после того, как он начал скользить, потому что относительная скорость самих поверхностей помогает разорвать сцепленные части, на самом деле не является корректным объяснением.

Для разрушения этих частей требуется одинаковое количество силы независимо от того, движутся ли поверхности или нет. Каждый разрыв отнимет у движущихся поверхностей такое же количество импульса, как и у неподвижной. И пока нормальная сила не меняется, на самом деле нет никаких причин для того, чтобы возникло более или менее взаимосвязанных гребней, когда объекты начинают двигаться друг относительно друга.

Чтобы действительно объяснить, почему статическое трение больше, нам нужно использовать другую причину трения: небольшие межмолекулярные связи, образующиеся между двумя поверхностями.

Я думаю, что статическое трение больше, чем кинетическое трение именно из-за этого: когда две поверхности начинают относительно неподвижно одна относительно другой, не только должны быть сломаны выступы, но мы также должны преодолеть слабые связи между двумя поверхностями! Они не образуются, когда объекты находятся в относительном движении, потому что когда одна поверхность скользит по другой, у них нет времени на их формирование!

Это также является причиной того, что сверхгладкие поверхности испытывают такое сильное трение! Так как шероховатостей, вызывающих разделение между атомами одной поверхности и атомами другой, почти нет, то поверхности намного сильнее слипаются (поищите холодную сварку) .

Я думаю, что трение, вызванное ТАКИМ способом , также вызовет адгезию и, по сути, отвечает за адгезию между любыми двумя поверхностями, просто не в заметном масштабе, потому что большинство поверхностей недостаточно гладкие. И чтобы ответить на мой первоначальный вопрос, сила статического трения больше, чем сила сцепления на обычных поверхностях, потому что статическое трение учитывает связи И гребни, а адгезия учитывает только связи.

(Я читал и другие объяснения, в одном говорилось, что между гладкими поверхностями, прижатыми друг к другу, образовался вакуум, который притягивал их ближе, в другом — что слой воды удерживает гладкие поверхности вместе, но это единственное объяснение, которое не зависит от воздействия внешних факторов. причина)

Для колеса, катящегося без проскальзывания (с постоянной скоростью) , когда маленький атом на окружности колеса касается земли, он никогда не испытывает сильного трения, потому что ему не нужно ломать какие-либо выступы на земле. Это потому, что его движение относительно земли выглядит так:

Он касается земли почти вертикально, так что ему НЕ НУЖНО ломать гребни. Единственная связь, которую он почувствует с землей, — это незначительное сцепление, вызванное небольшим притяжением к некоторым атомам в земле.

Однако, когда мы пытаемся разогнать колесо, гребни ДЕЙСТВИТЕЛЬНО вступают в игру, и именно гребни, а не межмолекулярные связи, вызывают результирующий крутящий момент на колесе!

Я думаю, единственный способ проверить эту теорию(межмолекулярные силы вызывают сцепление и большее статическое трение, чем кинетическое трение, но они не так распространены, когда объекты начинают скользить друг относительно друга)состоит в том, чтобы увидеть, уменьшаются ли силы сцепления, когда две поверхности находятся в относительном движении друг с другом. Или взять микроскоп и посмотреть, появляется ли небольшое расстояние между двумя поверхностями, когда они начинают двигаться относительно друг друга, поскольку межповерхностные связи не удерживают их вместе так сильно .

Однако, поскольку большинство повседневных поверхностей слишком грубы, чтобы это было распространено, мы обычно этого не замечаем!

Опять же, это всего лишь мои мысли, а не научное объяснение, но, надеюсь, объединение двух концепций поможет кому-то любопытному в Интернете. Это определенно помогло мне.

Спасибо!