friktionskoefficientens beroende av trycket

Vi vet ju alla hur det ser ut i den grundläggande mekaniken:

Friktionskraften = Normalkraften * friktionskoefficienten.

Friktionskoefficienten, antingen den statiska eller den dynamiska, tar vi normalt ur tabeller och sätter in i våra formler. Och ganska ofta stämmer resultaten från våra beräkningar inte helt exakt med verkligheten. Sånt får vi ju acceptera.
I vår teoretiska värld varierar inte friktionskoefficienten, den är konstant vad vi än gör med krafter och anliggningsytor (i fallet bromsbelägg vet vi å andra sidan att koefficienten varierar med temperatur). Vi betraktar bromsbelägg och många andra saker som inte är uppenbart elastiska (som t.ex. däck) som stela kroppar.

Verkligheten stämmer tydligen inte riktigt med detta sätt att se på det. Jag skulle vilja säga att vad jag minns från Görans väghållningsbok är däck ett exempel där friktionskoefficienten kan varieras genom belastningen. Jag skulle även vilja påstå att jag minns från annat håll att det finns en gräns för hur hög friktionskraften kan bli för ett givet däck. Jag säger att jag "skulle vilja säga" eller "skulle vilja påstå", för i ärlighetens namn ligger det i en suddig del av minnet. Däremot vet jag att jag nyligen läste att friktionskoefficienten inte är en konstant utan att den kan variera med trycket.

Så nu står jag här (eller snarare sitter) och funderar över hur friktion egentligen uppstår, hur friktionskoefficienten varierar med trycket och när det börjar ge tillräckligt utslag i beräkningarna för att det ska vara ens lite intressant att ta upp det

Vi kan ju försöka använda oss av däck (där variationen borde vara tydlig) respektive bromsbelägg (där variationen rimligen borde vara mycket mindre tydlig eftersom den så gott som aldrig nämns) i våra exempel

När du säger "trycket"; menar du trycket (F/A) eller menar du tryckkraft (F)?

Re:

ice skrev:

När du säger "trycket"; menar du trycket (F/A) eller menar du tryckkraft (F)?

När jag säger "trycket" menar jag trycket (F/A). Annars försöker jag hålla mig till bara "kraft" eller "normalkraft" för att inte röra till det i onödan.

nu har du väckt en björn höll jag på att säga

På ett däck har du vanlig friktion (båda typer), adhesion och gripping tror jag det heter (det är när däcket formar sig efter de små ojämnheterna o "hakar tag" i underlaget)
Ju slätare yta deso mer adhesion.. vissa gummisorter (ej bilgummi vad jag vet) kan ge ett my på runt 3 på en slät yta som glas.

för att ytterligare förvärra så kränger bilen olika mycket vid de olika belastningsfallen om man vill mäta och får inte samma camber eller slipvinkel så att det lätt blir jämförbart. Ännu värre blir det med olika testfordon

nu fick jag ont i huvudet

edit:hoppsan blev lite OT, och ja däckets totala friktionskoefficient varierar med belastningen

Re:

hauge skrev:

nu har du väckt en björn höll jag på att säga På ett däck har du vanlig friktion (båda typer), adhesion och gripping tror jag det heter (det är när däcket formar sig efter de små ojämnheterna o "hakar tag" i underlaget) Ju slätare yta deso mer adhesion.. vissa gummisorter (ej bilgummi vad jag vet) kan ge ett my på runt 3 på en slät yta som glas. för att ytterligare förvärra så kränger bilen olika mycket vid de olika belastningsfallen om man vill mäta och får inte samma camber eller slipvinkel så att det lätt blir jämförbart. Ännu värre blir det med olika testfordon nu fick jag ont i huvudet edit:hoppsan blev lite OT, och ja däckets totala friktionskoefficient varierar med belastningen

Sant, vi har adhesion, deformation och slitage som friktionsbildare. Adhesion är typ tape och blir därför den viktigaste faktorn när man kör på glas. (Undrar vad uttrycket "glashalt" kommer från). Om ytorna vore totalt släta så blev gummiytan mot underlaget identisk tillyta med sitt "fot avtryck".

Är ytan ojämn får vi en inträngning av ojämnheterna i gummit. Friktionen blir avhängig tryckskillnaderna på sidorna om ojämnheterna. På en våt yta förhindras adhesion och friktionen består då till största delen av "inträngning".

Gummit kan ha olika hysteres, vilket betyder att gummits återhämtningsförmåga efter deformation är olika snabb och vi får olika belastning-tryck på olika sidor om ojämnheterna. Mera tryck på den sida av ojämnheten som ligger i bromsriktningen, för att ta ett exempel, ger bättre friktion. Hög hysteres ger därför bättre friktion än låg.

När man överstiger gummits draghållfasthet uppstår slitage och gummipartiklar separerar från ytan. Till detta åtgår en viss energi som adderar till friktion. När detta sker blir gummit mycket varmt och börjar likna klister. Gäller mest racingdäck. Överdrivs situationen så lossnar större gummiklumpar och däcket fungerar inte.

Mycket populärvetenskapligt uttryckt .
Göran

Re:

Göran Malmberg skrev:

...Mycket populärvetenskapligt uttryckt . Göran

Det gillar vi!

Re:

ice skrev:

Det gillar vi!

Det tackar man för.

Jag kan försöka utveckla det hela lite mer. Om vi har en ojämnhet i vägen som ger en inträngning i gummit under inbromsning (för att ta en kraftriktning) så är det i åk riktningen av gummits kontakt med ojämnheten mest tryckbelastningen som skapar friktion, medan det på andra sidan är adhesion-klister som ger effekt.
om hysteresis är hög så får vi en mindre yta som lägger sig an mot "baksidan" och adhesion effekten minskar, vilket nödvändigt inte betyder att friktionen minskar eftersom gummits "frånskjutande egenskaper" på ytan i fråga minskar med högre hysteres. Det blir en jämförelse mellan dessa egenskaper som fäller utslaget.

Hur som helst så är adhesion lite lättare att förstå, särskilt när det gäller plana ytor, som föränderlig µ faktor eftersom en bit tape kan hålla till exempel 1 kg och en större yta mer kraft utan att lossna. Man kan naturligtvis ställa sig frågan om adhesion i själva verket är att kalla friktion, och om vi såg det som skillda fenomen så kanske det blir mer greppbart.

Av ovanstående resonemang framgår att plana eller ojämna ytor ger olika µ tal för gummit i fråga.
Nu får vi en delikat situation mellan hysteres och adhesion vid VÅTT underlag eftersom adhesion minskar dramatiskt vid vått. Vi kan förstå att våtgreppet kräver andra gummiegenskaper samt att friktionskoefficienten är ett tämligen komplicerat fenomen, varför fabrikanterna av däck får svårt att förklara situationen begripligt.
MVH
Göran

Uttrycket glashalt är troligen relaterat till glasklar is, glas har som bekant en ganska hög friktionskoefficient.

om vi kikar på 'riktig' friktion som sker ex. mellan två metallbitar så är friktionskoefficienten oberoende på normalkraftens storlek. Om vi lägger en stålkub med 1 dm sida mot ett stålunderlag så får vi en uppfattad kontaktarea på 1 dm2, men den area som verkligen är i kontakt, den så kallade reella kontaktarean, är bara en bråkdel av den 1 dm2 som verkar vara i kontakt (ca 0,03 mm2 för detta exempel). Och tur är väl det, annars så skulle vi inte kunna få isär bitarna utan att ta till sågen. Hur stor reell kontaktarea man har är något förenklat egentligen bara beroende på två saker; normalkraftens storlek och hårdheten hos materialet. Om bitarna har en uppfattad kontaktarea på 1 cm2 eller 1 m2 påverkar alltså inte den reella kontaktarean. Hos den reella kontaktarean så är trycket och temperaturen mycket hög, tillräckligt för att svetsa ihop bitarna i dessa kontaktpunkter. Ju starkare materialet är, ju starkare blir också dessa svetspunkter. Friktion uppkommer alltså för att normalkraften pressar en materialbit mot en annan varvid en liten del av materialet kommer i kontakt och svetsar ihop dessa med varandra. Ju starkare materialet är ju starkare blir svetspunkterna. Intressant nog så har de flesta metaller ungefär lika hög friktionskoefficient då styrka och hårdhet tar ut varandra - ett material med hög hårdhet har högre styrka och således får ett sådant material - ex. stål - liten kontaktarea med hög styrka medans ett material med lägre hårdhet - ex. bly - har större kontaktarea men med lägre styrka. I ex. glidlager kombinerar man därför dessa två egenskaper genom att använda ett hårt material på vilket man har lagt ett tunnt skikt mjukt material.

Sedan blir det förstås mer avancerat i verkligheten då man kombinerar olika material, topografier och miljöer. Miljön kan också ha en stor påverken, metaller skyddas exempelvis vanligtvis av en tunn oxidfilm, bryt igenom oxidfilmen, eller se till att oxidfilmen inte kan bildas (i ex. ett vakuum) och man kan få mycket stora skillnader.