Hogyan függ a súrlódási erő az érintkező felületek érdességétől?

Érdekes téma!

A válasz - mint fizikában általánosan elmondható - az, hogy attól függ!

Két márványlap egymáson nehezen csúsztatható el, ha azok nincsenek feszített tükör simára csiszolva, csiszolás esetén már könnyen mozdíthatóak. Ilyenkor mindkét anyag kemény.

Egy F1-es autón az esőgumi érdesebb, kevésbé tapad a száraz betonon, tekintve, hogy maga az anyaga keményebb és nem annyira lágy, nem azonosak a tapadási együtthatójuk. A vizes betonon mégis jobban tapad! Tekintve, hogy olyan vízkiszorítása van, hogy 200as tempónál másodpercenként több, mint egy kád vizet a levegőbe juttat, ezáltal biztosítva az érintkezést a betonnal és így a tapadást. Ugyan ezt síma felületű gumival nem éred el, mert az autó egy elég alacsonynak mondható sebesség felett felúszik a vízen és nem lesz érintkezése a betonnal így nem jön létre maga a tapadás.

Egy poros úton maga a felületi tapadás sokat nem ér, mivel, ha a porhoz hozzá tapad is a kerék, egy idő után telítődik és egy ponton túl már a következő porszemcsét nem tudja betapasztani és a könnyen megcsúszik a két porszemcse egymáson és ezzel az gépjármű veszít a menetdinamikai egyensúlyából.

Egy földes, poros úton ezért használnak durván bordázott felületű gumiabroncsokat. Ott a tapadás már nem vízszintes irányban történik, ott másfajta erők fokozzák azt, hogy az gépjármű előre tudjon haladni.

Egy fékbetétnél a felület simasága jobb tapadást biztosít és kisebb kopást. Ha redős lenne vagy féktárcsa vagy a fékpofa (régi kerékpárok esetén a felni és a fékpofa). Maga az érdesebb felület nagyobb tapadást biztosíthat, de ezáltal jobban is koptatja a csúszás közben a felületet. A felület nagyságával és hűtéssel (vagy éppen szénszálas fékek esetén fűtéssel, pontosabban hőmérsékleten tartással) csökkenthető a kopás és növelhető a tapadás. Kerékpárok esetén a V-fékek és A-fékek fékpofáinál vannak, amik nem egyenletesek, hanem "szakaszosak", vannak benne rések. Ezek furcsa mód azért vannak, hogy nagyobb felületen tudjon tapadni a fékpofa és a szennyeződés, kopás okozta hamu, vagy hulladék, forgács, vagy kosz (ami éppen tetszik), ne okozzon súrlódási csökkenést a felületek elkoszolásával.

Amennyiben a fékpofát rücskösebbre faragod, a fékerő is csökkenni fog és a kopás is nagyobb lesz, aminek következtében a leforgácsolt anyag további fékerőcsökkenést fog okozni. Tehát bizonyos szinten segít.

Ha van ráspoly (reszelő) otthon, vagy ha anyunak van két oldalú köröm reszelője, azzal is végezhetsz kísérletet. Egyik oldala erősebben bordázott, mint a másik, de ugyan olyan anyagból van. Ráspoly esetén a nyél résznél teljesen sima felület is van. Vizsgáld meg, hogy miként működnek ezek a felületek ha egy darab fán (lehetőleg ne egy antik bútoron) húzod őket ugyanakkor nyomóerővel. A durvább felületű körömreszelő erősebben koptatja a körmöt és a finomabb felületű kevésbé.

Ugyanakkor képzelj el egy nagyon durván rücskös felületet. Két fa egymáson elhúzható, ha nagyon síma a felületük. Ha rücskösebbek, nehezebben húzhatóak el egymáson. Egy asztalt, ami rücskösség szempontjából nagyon durva, hiszen a 4 láb azonos anyagból készül, de egy azonos súlyú és alapterületű fa lap, nehezebben húzható el a padlón. Így a rücskösség mértéke nem lineáris mértékben befolyásolja a tapadást! Ellenben, ha a nagyobb, tapadási súrlódás legyőzésre került, a csúszási súrlódás más könnyebben leküzdhető egy sima felület esetében. Ugye, hogy nem is olyan könnyű ez a téma, hogy egy általános iskolás tankönyv elmondhassa, mi a frankó? A tanárt meg lehet erről kérdezni, hogy ez miért van.

Még egy megközelítés a tornacipő. Amikor friss, bordázott a talpa, jól tapad, könnyű vele megállni a kő folyosón (iskolákban talán még van ilyen, nem csak a 80as években volt jellemző). Ha jó kopott a cipő, vagy folyosó koszosabb a kelleténél, akkor már lehet vele csúszkálni rajta.

Összefoglalva:

- Van, amikor felület egyenetlensége jobb tapadást biztosít azáltal, hogy nem csak a felületekkel párhuzamos erők hatnak a két felületre és ezért a nyomóerőt közvetlenül és nem csak súrlódáson keresztül kell legyőzni.

- A különböző keménységű felületek rücskössége esetén kopást növekedést és nyomó erő csökkenést okozhat, ami a rücskösség ellenére csökkentheti a felületek találkozását és így nem érvényesül sem a tapadási, sem a csúszási súrlódás.

- A rücskösség egy szint felett felületek találkozásának valószínűségét ismét csökkenti.

Általánosságban mondható, hogy finomabb felületeknek kisebb a súrlódása és a rücskösebbeknek nagyobb. Ezért olyan energia hatékony a vasúti szállítás és a jégvitorlás.