איך עובדים אמצעי חיכוך?

מאמר בעבודה!

אופן הפעולה של רובם המכריע של אמצעי החיכוך מודגם יפה על ידי חבל המלופף על תוף. הרעיון של אמצעי החיכוך הוא לגרום לחבל להפעיל כוח בניצב לאביזר, וכך ליצור כוח חיכוך. ככל שהחיכוך גדול יותר, כך נדרש להפעיל פחות כוח בהחזקת החבל. הדרך לעשות זאת היא ליצור "שבירה" של החבל סביב משהו: תוף, טבעת, עמוד, אמצעי חיכוך.

אותו עיקרון פועל גם לאורכו של חבל המתחכך בסלע.

תזכורת קצרה: כוח החיכוך ניתן על ידי: [math]F_f=\mu F_N[/math]. כאשר: [math]\mu[/math] נקרא מקדם החיכוך והוא תכונה של שני החמרים של הגופים הבאים במגע, ו [math]F_N[/math], הכוח הנורמלי, הוא הכוח הניצב למישור המגע בין שני הגופים.

כדי להבין את המשך המאמר אין צורך להתעמק בפיתוח המתמטי-פיזיקלי. המאותרגים מתמטית מוזמנים לקחת את הנוסחה הסופית, ולדלג על החישובים.

כדי להבין זאת נסתכל על כוח החיכוך על אלמנט אורך חבל על תוף:

בתוף מקוטר מסויים ומעלה, אין השפעה לאורך החבל המתחכך בתוף (ולכן אין השפעה לקוטר התוף), אלא לזוית שעובר החבל סביב התוף.

אם נסמן את הזוית ב [math]\alpha[/math], ואת העומס על החבל ב [math]T_2[/math], נקבל כי הכוח בו צריך למשוך את החבל בצד השני של התוף math>T_1</math> הוא:

[math]T_2=T_1\times e^ \alpha[/math]

וכוח החיכוך הוא ההפרש בין המתיחויות בחבל בשני צידי התוף:

[math]F_f=T_2\times(1-e^\alpha)[/math]

כשקטע קצר של חבל עובר על חלק של תוף עגול, ניתן לחשב בקלות את החיכוך. נניח שהקטע שנוגע בחבל הוא כלכך קצר, שהוא ישר, בקירוב. נתאר את הכוחות הפועלים עליו:

המתיחות בחבל הקרוב למשקולת, הוא המשקל, לכן: [math]T_2=w[/math].

המתיחות אחרי התוף קטנה יותר, ומסומנת כאן [math]T_1[/math].

כוח החיכוך, [math]F_f[/math], תלוי בכוח הנורמאלי, [math]F_N[/math]. נחשב אותו: כשהחבל עובר על התוף, המתיחות גדלה ב [math]dT[/math] עם שינוי של [math]d\alpha[/math] בזווית. נסמן את הכוח הנורמלי שמפעיל אלמנט חבל זה ב[math]dN[/math].

כוח החיכוך, יהיה [math]F_f=\mu F_N[/math].