3725451493

2 Początki badań zjawiska tarcia

Tarcie potocznie rozumiane jest jako siła przeciwdziałająca ruchowi, w szczególności, dotyczy to ślizgania względem siebie powierzchni dwóch ciał stykających się ze sobą. Towarzyszyło człowiekowi od zarania dziejów, jest obecne zarówno w mikro jak i makroświecie. Jest niezmiernie istotne, ponieważ związane jest z mechanizmem rozpraszania energii. Ma ogromne znaczenie w gospodarce, która opiera się na wykorzystaniu maszyn i urządzeń, gdzie zachodzi ruch i współdziałanie różnych elementów. Pomimo swojego znaczenia, po kilku wiekach badań, ciągle brak jest kompletnego fizycznego wyjaśnienia tego zjawiska, w którym podstawowe są dwa zagadnienia: sama natura siły tarcia i mechanizm rozpraszania energii.

Pierwsze obserwacje dotyczące siły tarcia zostały poczynione przez Leonarda da Vinci. Nie uchodzi on jednak za ojca nauki o tarciu, ponieważ nie opublikował wyników swoich badań i pozostały one nieznane aż do XX w. Reguły te zostały ponownie odkryte i opublikowane 150 lat po śmierci Leonarda da Vinci przez Guillaume Amontonsa [7],

Zjawisko tarcia podlega zatem następującym prawom:

1.    Siła tarcia jest wprost proporcjonalna do obciążenia, czyli siły normalnej (pierwsze prawo Amontonsa, sformułowane także przez Leonarda da Vinci, F = /jN , gdzie jj określa współczynnik, który jest stały dla danej pary materiałów w szerokim zakresie wartości siły normalnej N, a który został nazwany współczynnikiem tarcia).

2.    Siła tarcia nie zależy od nominalnej powierzchni styku (drugie prawo Amontonsa,

sformułowane także przez Leonarda da Vinci).

3.    Siła tarcia kinetycznego nie zależy od prędkości (prawo Coulomba).

4.    Siła tarcia kinetycznego jest mniejsza niż siła tarcia statycznego.

Podjęto wiele wysiłków zmierzających do wyjaśnienia tych praw na poziomie bardziej fundamentalnym. Badania rzeczywistych powierzchni sugerują, że powierzchnia styku między indywidualnymi mikronierównościami ma średnicę kilku mikrometrów, zatem miliony atomów oddziałują ślizgając się względem siebie. Oczywiście istotne jest, jak zachowują się indywidualne atomy i do tego celu zastosowanie mikroskopu sił atomowych jest niezastąpione, ale równie istotne jest poznanie makroskopowej natury zjawiska tarcia, a zrealizowanie tego celu poprzez scharakteryzowanie, jak miliony punktów styku ewoluują