Hõõre

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search

Hõõre ehk hõõrdumine on jõud (hõõrdejõud), mis takistab üksteisega kontaktis olevate kehade või vedeliku kihtide libisemist üksteise suhtes. Hõõrdel muundub osa liikumise kineetilisest energiast termiliseks energiaks (aga ka helienergiaks). Hõõret käsitleb teadus nimega triboloogia.

Liugehõõre[muuda | muuda lähteteksti]

– mõjuv jõud; – raskusjõud; – liugehõõre (liugehõõrdejõud); – normaalreaktsioon

Liugehõõre on jõud, mis takistab üksteisega kontaktis olevate tahkete kehade liuguvat (libisevat) liikumist üksteise suhtes. Üldiselt tutvustatakse hõõrde nime all just liugehõõret. Liugehõõrdel eristatakse kuivhõõret (dry friction) ja märghõõret (lubricated friction). Lisaks eristatakse veel paigalseisu- ehk staatilist hõõret ja kinemaatilist hõõret.[1] Kuna laialdaseimalt kasutatavad liugehõõret kirjeldavad seadused pärinevad Charles de Coulomb'ilt nimetatakse antud seadustega kirjeldatud liugehõõret ka Coulomb'i hõõrdeks.

Liugehõõrde olemus ja Amontons-Coulombi seadused[muuda | muuda lähteteksti]

Liugehõõre ise ei kuulu fundamentaalsete jõudude hulka. Liugehõõre tuleneb hõõrdepindade vahelisest adhesiooni, pindade kareduse, vastastikuse deformatsiooni ja pindade ebapuhtuse koosmõjust. Praktikas on hõõrde kirjeldamine neist nähtustest lähtuvalt liiga keerukas ja enamasti piirdutakse vaid empiiriliste seoste esitamisega. Ühed esimesed liugehõõrde empiirilised seadused pärinevad prantsuse füüsikult Guillauime Amontons'ilt aastast 1699. Nende seaduste tänapäeval kasutatav formulatsioon kuulub Charles de Coulomb'ile aastast 1781. Vastavad empiirilised liugehõõrde seadused (Amontons-Coulombi seadused) on sõnastatud järgnevalt

  1. Liugehõõrde maksimaalne väärtus ei sõltu kokkupuutuvate pindade suurusest, vaid ainult nende pindade iseloomust (sile, kare) ning materjalidest.
  2. Liugehõõrde maksimaalne väärtus on võrdeline normaalreaktsiooniga.

Viimase seaduse võib matemaatiliselt kirja panna järgnevalt

kus Ff on liugehõõrde suurus ja N on normaalreaktsiooni suurus. Kasutades võrdetegurit saab võrdelisusest võrdus kujul

Antud võrdetegurit μ (kreeka täht müü) nimetatakse seejuures hõõrdeteguriks (mõnikord ka liugehõõrdeteguriks). Hilisemad uurimused on näidanud, et Amontons-Coulombi seadused on kehtivad ainult ligikaudu, sest hõõrdetegur μ sõltub mõningal määral ka kokkupuutuvate pindade suurusest.[2]

Kui kehale mõjub jõud, aga ta seisab paigal, siis on tegemist staatilise hõõrdega. Jõudu suurendades suureneb ka staatiline hõõre. Hetkel, kui keha liikuma hakkab mõjub kehale kinemaatiline hõõre, mis on staatilise hõõrde maksimumväärtusest väiksem

Seisu- ehk staatiline hõõre[muuda | muuda lähteteksti]

Seisuhõõre on jõud, mis takistab kokkupuutes olevate tahkete kehade liikuma hakkamist teineteise suhtes. Seisuhõõre nagu liugehõõre üldiselt on tavapäraselt mõjuva jõuga vastassuunaline. Seisuhõõre saavutab maksimaalse suuruse vahetult enne keha liikumahakkamist. Coloumb'i seadustest lähtuvalt maksimaalset seisuhõõrdejõudu võimalik kirja panna järgnevalt

,

kus μs on seisuhõõrdetegur.

Kinemaatiline hõõre[muuda | muuda lähteteksti]

Kinemaatiline hõõre on jõud, mis mõjub kokkupuutes olevate üksteise suhtes liikuvate kehade vahel. Kinemaatiline hõõre takistab kehade liikumist üksteise suhtes. Näiteks esineb kinemaatiline hõõre juhul, kui kinnitada klotsi külge dünamomeetri ja veame klotsi selle abil ühtlaselt horisontaalsel laual. Liikumiseks mõjub klotsile dünamomeetri vedru elastsusjõud. Kuna liikumine on ühtlane, siis peab kõigi kehale mõjuvate jõudude summa võrduma nulliga. Järelikult mõjub klotsile ühtlase liikumise ajal peale elastsusjõu veel sellega võrdvastupidine jõud.

Coloumb'i seadustest lähtuvalt kinemaatilist hõõrdejõudu võimalik kirja panna järgnevalt:

,

kus μk on kinemaatiline hõõrdetegur. Kinemaatiline hõõrdetegur võib olla kuni 25% väiksem kui staatiline hõõrdetegur ja tema väärtus sõltub ka keha kiirusest.

Kuiv- ja märghõõre[muuda | muuda lähteteksti]

Märghõõre on hõõre, mille puhul on kontaktis olevate kehade vahel vedelik. Kuivhõõrde korral on kehad vahetult kontaktis. Märghõõrde hõõrdetegurid on üldiselt väiksemad, kui samade materjalide kuivhõõrde hõõrdetegurid. Kuivhõõre võib mehaanilistes süsteemides esile kutsuda erinevat tüüpi ebastabiilsusi mida hõõrde puudumisel antud süsteemides ei esineks.[3]

Hõõrdetegurite väärtusi[muuda | muuda lähteteksti]

Erinevate materjalide vaheliste liugehõõrde staatiliste ja kinemaatiliste hõõrdetegurite väärtused kuiva- ja märghõõrde korral.
Materjalid Staatiline hõõrdetegur, Kinemaatiline hõõrdetegur
Kuivhõõre Märghõõre Kuivhõõre Märghõõre
Alumiinium Teras 0.61 0.47[4]
Alumiinium Alumiinium 1.5[5]
Kuld Kuld 2.5[5]
Plaatina Plaatina 3.0[5]
Hõbe Hõbe 1.5[5]
Messing Teras 0.35-0.51[4] 0.19[4] 0.44[4]
Malm Vask 1.05 0.29[4]
Malm Tsink 0.85[4] 0.21[4]
Betoon Kummi 1.0 0.30 0.6-0.85[4] 0.45-0.75[4]
Betoon Puit 0.62[6]
Vask Klaas 0.68
Vask Teras 0.53 0.36[4]
Klaas Klaas 0.9-1.0[4] 0.4[4]
Inimese liigesevõie Kõhr 0.01[7] 0.003[7]
Jää Jää 0.02-0.09[8]
Polüeteen Teras 0.2[4][8] 0.2[4][8]
PTFE (Teflon) PTFE (Teflon) 0.04[4][8] 0.04[4][8] 0.04[4]
Teras Jää 0.03[8]
Teras PTFE (Teflon) 0.04[4]-0.2[8] 0.04[4] 0.04[4]
Teras Teras 0.74[4]-0.80[8] 0.16[8] 0.42-0.62[4]
Puit Metall 0.2–0.6[4][6] 0.2[4][6]
Puit Puit 0.25–0.5[4][6] 0.2[4][6]

Pindhõõre[muuda | muuda lähteteksti]

Pindhõõre tekib tahke keha liikumisel vedelikus antud tahke keha pinna ja vedeliku vastasmõjul ja on otseselt seotud vedelikuga kokkupuutuva keha pinna suurusega. Pindhõõrde suurust kirjeldab kaasahaarde võrrand (drag equation) ja pindhõõre suureneb võrdeliselt kiiruse ruuduga.

Pindhõõret tekitab kehaga kontaktis oleva vedeliku kihtide vahelist liikumist takistav hõõre ehk viskoossus. Pindhõõrde vähendamiseks on erinevaid meetodeid. Peamiselt proovitakse vedelikus liikuva keha kuju teha selline, et vedelik voolaks võimalikult laminaarselt.

Veerehõõre ehk veeretakistus[muuda | muuda lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Veeretakistus

Veeretakistust nimetatakse mõnikord veerehõõrdeks. Veeretakistus on jõud, mis takistab keha veeremist pinnal. Veeretakistus tekib näiteks ratta või palli veeremisel mööda maapinda. Veeretakistus peamiselt põhjustatud veereva keha ja aluspinna deformeerumisest. Seega on antud nähtuse sisu suhtes eksitav kasutada mõistet "veerehõõre". Veeretakistus on tavaliselt liugehõõrdest oluliselt väiksem, mis on veeremise oluliseks eelduseks, et keha veeremise asemel ei libiseks. Veeretakistuse väiksemat suurust liugehõõrde ees kasutatakse veerelaagrites, mis võimaldavad väga efektiivset pöördliikumist.

Igal reaalsel veereval kehal esineb tema veereval liikumisel aluspinna suhtes ka teataval määral libisemist ehk veereva keha pinnaga kontaktis oleva punkti kiirus pinna suhtes ei pea olema võrdne nulliga.

Sisehõõre[muuda | muuda lähteteksti]

Sisehõõre (inglise internal friction) on keha osade vahelisel liikumisel toimiv hõõre. Näiteks vedeliku puhul vedelikukihtide omavahlist liikumist takistav hõõre ehk viskoossus.

Vaata ka[muuda | muuda lähteteksti]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. Andrus Salupere. "Staatika". 2006. Vaadatud 2018.
  2. Ülo Lepik, Lembit Roots (1971). Teoreetiline mehaanika. Tallinn: Valgus. Lk 80. 
  3. Bigoni, D (2012). Nonlinear Solid Mechanics: Bifurcation Theory and Material Instability. Cambridge University Press. ISBN 9781107025417
  4. 4,00 4,01 4,02 4,03 4,04 4,05 4,06 4,07 4,08 4,09 4,10 4,11 4,12 4,13 4,14 4,15 4,16 4,17 4,18 4,19 4,20 4,21 4,22 4,23 4,24 4,25 "Friction Factors - Coefficients of Friction". Vaadatud 27.04.2015. 
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 http://mechanicalemax.blogspot.com/2016/03/tribology-introduction.html
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 Coefficient of Friction EngineersHandbook.com
  7. 7,0 7,1 "Coefficients of Friction of Human Joints". Vaadatud 27.04.2015. 
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 8,5 8,6 8,7 8,8 "The Engineering Toolbox: Friction and Coefficients of Friction". Vaadatud 23.11.2008.