Vákuum hatására a tapadókorong miért tapad fel a sima felületekre?

> „Csak azt nem értem, miért kell ehhez ezer oldalnyi vita? :)”

Tudod, ez olyan, mint mikor egy zsák jó krumplihoz véletlenül egy rohadt is kerül, és akkor az egész megrohad. ((Viszont ha egy zsák rohadt krumpliba teszel egy jót, akkor nem válik az egész zsák jóvá. Sőt, az az egy is megrohad.))

Amúgy még csak a 4. oldalt kezdjük, és az utolsó oldal fele miattad van.

Elolvastam az eddigi válaszokat. Látom, még nem világos a kép, és igen sok a félreértés, a zavar, ideje tehát rendet teremteni.

Olyan tárgyalásmódot választunk, amelyhez elegendők a középiskolai fizika ismeretek:

(Megjegyzem, más tárgyalásmód valóban lehetséges, ahogy 69%-os kolega mondta.

Viszont aki nem rendelkezik kellő kvantumfizikai, statisztikus fizikai ismeretekkel, esélytelen a megértése.)

Először is ne keverjük össze a tapadókorong kétféle terhelését!

Az egyik terhelési mód, amikor a terhelő erő a tapadókorong érintkezési felületére merőlegesen támad, és centrikusan(vagy oda redukálható), ezt a továbbiakban első tipusú terhelésnek nevezzük.

A másik terhelési mód, amikor a terhelőerő a tapadókorong érintkezési felületében van (vagy oda redukálható). Nevezzük ezt második tipusú terhelésnek.

Nem foglalkozunk a fellépő járulékokkal, mint pl. járulékos hajlító, csavarónyomaték, stb. Nem tárgyaljuk a tapadókorong anyagában előforduló összetett igénybevételeket, az ebből adódó asszimetrikus és nemlineáris jelenségeket.

Nem foglalkozunk a valóságos terhelések (nemlineárisan) megoszló voltával sem.

A valóságban a terheléstipusok valamilyen kombinációja lép fel, így elég vizsgálni a terhelési módokat külön-külön:

Vizsgálataink során a nehézségi gyorsulás vektorát az érintkezési síkkal párhuzamosnak vesszük.

Első tipusú terhelés: Ahogy említették már többen, helyesen, légnyomáskülönbségen alapul a dolog.

Vagyis a tapadókorong anyaga és az érintkezési sík között maradó levegő nyomása kisebb, mint a külső nyomás.

Triviális, hogy ebből a delta(p) nyomásból a terhelőerő egyensúlyozható.

Igen jó, a Magdeburgi félgömbök példája, amely ezt a tényt, mint gyakorlati jelenség reprezentálja.

Azonban senki nem szólt egy szót sem egy igen fontos dologról. Egy olyan alapvető tényről, amely nélkül a tapadókorong nem működhet. Ez pedig a következő; Igen fontos, a nyomáskülönbség fenntartása időben.

Ez pl. két üreges félgömbnél megtehető úgy, hogy szivattyúzás után elzárjuk a nyílást, nem eresztve be így a külső levegőt.

A kérdés most már az, vajon hogy van ez a dolog a tapadókorongnál.

Merthogy nincs rajta szivattyúnyílás, meg nincs hozzá dugó sem...

Valahogy viszont a nyomáskülönbség fenntartandó.

Erre eddig senki nem adott itt választ, ezért elmesélem. A válaszhoz úgy juthatunk hozzá, ha összehasonlítjuk a Magdeburgi gömböket a tapadókoronggal.

Arra már rámutattunk, hogy a hasonlóság elég sok.

Ezért most rátérünk a különbségekre.

Egy igen alapvető különbséget ugyanis észre kell, hogy vegyünk:

A magdeburgi gömbök anyaga meglehetősen merev.

A tapadókorong, meg egy rugalmas gumi.

(Most nem definiálom részletesen, hogy mit értek "merev" meg "rugalmas" alatt, mert ahhoz szilárdságtani anyagjellemzők bevezetése lenne szükséges).

Az anyag "rugalmassága" alapvetően meghatározza a tapadókorong működését.

Mikor egy felületre rányomjuk a korongot, akkor annak anyaga rugalmas deformációt szenved, kiszorítva a levegő bizonyos részét.

Elengedve -a korong anyagában felhalmozódott rugalmas energia miatt- a korong egy bizonyos mértékben "visszarugózik" de nem a kiindulási állapotba.

Tekintsük most még a korongot terheletlennek! Két erő egyensúlyáról van szó:

A nyomáskülönbségből adódó delta(p)*A*s erő egyenlő a tapadókorong rugalmas deformációja által okozott Fr rugalmas erővel, vagyis:

delta(p)*A*s=Fr

Itt s egy mértékegység nélküli korrekciós tényező, függ pl. a tapadókorong geometriai jellemzőitől. (Integrálással meghatározható).

Adjunk most első tipusú T terhelést! Értelemszerűen ez az egyenlet jobb oldalán jelenik meg:

delta(p)*A*s=Fr+T

Vagyis a nyomáskülönbségből adódó erő egyensúlyt tart a rugalmas és terhelőerővel.

Még egy dolgot be kell raknunk az egyenletbe. Többen említették a tapadási súrlódás szerepét.

Ez a következőképp jelenik meg.

Legyen a korong kezdetben terheletlen állapotban, és érintkezzen a felülettel egy D középátmérőjű gyűrűfelület mentén.

Most ráadjuk a terhelést. Azt tapasztaljuk, hogy az érintkező gyűrűfelület középátmérője csökkent, mégpedig d értékre.

Vagyis megállapítjuk, hogy terhelés hatására a gyűrűfelület koncentrikusan zsugorodott. Ez ekvivalens azzal, hogy terhelt, ám nyugalmi állapotban valamilyen Fs érintkezési síkba eső, gyűrűközépátmérőjű körre merőleges, abból kifelé irányuló, gyűrűfelület mentén megoszló súrlódási erő hat.

A tapadókorong közvetítésével ezen súrlódóerőből terhelés irányú Ft erő adódik. (Pontosan számítható a korong geometriájának ismeretében. pl. kúp korongnál egyszerű szögfüggvénnyel).

Ezzel az egyenlet alakja:

delta(p)*A*s+Ft=Fr+T

Tovább nem vizsgáljuk a problémát, a jelenség igen bonyolult.

Próbálja ki pl. valaki, mi történik, ha ablaküveghez, vagy szekrényajtóhoz nyomja a korongot.

Mennyi ideig marad ott?

Azaz mennyi ideig sikerül fenntartani a nyomáskülönbséget rugalmas deformáció útján.

Végezzük ezt el úgy is, hogy megnedvesítjük a korongot, ill. a felületet.

Rá bízom mindenkire, hogy mennyit kísérletezik ezzel.

Viszont megállapíthatjuk a következőket:

-Felületminőségnek nagy szerep kerül.

-Molekuláris (addhéziós, kohhéziós) erőknek szintén.

Most a második tipusú terhelést tárgyaljuk.

Legyen kezdetben terheletlen állapotban a rendszer, így csak a korong súlya a terhelés.

Redukáljuk a súlyerőt az érintkezési síkba. Akkor kapunk egy súlyerőnek megfelelő nyíróerőt az érintkezési síkban, ill. egy hajlítónyomatékot.

Belátható, hogy a hajlítónyomaték visszavezethető az első tipusú terhelésre, ezért ezzel nem foglalkozunk.

Tehát csak egy -súlyból eredő- terhelőerő (G=m*g) hat az érintkezési síkban.

Ha a tapadási együttható a felületek között f, akkor ott

f*delta(p)*A*s tapadási súrlódási erő tart egyensúlyt a G súllyal, vagyis:

f*delta(p)*A*s=G

Adjunk most T terhelést, ekkor:

f*delta(p)*A*s=G+T

Itt feltételeztük, hogy a G súly és a T terhelés párhuzamos. (Ha nem, akkor a két vektor eredőjét vesszük.)

Belátható, hogy a felületminőségnek, a molekuláris erőknek ebben az esetben is van szerepük.

Remélem, most már érthetőbb így a jelenség, és nem lesz olyan sok félreértés.