Reactivity Series
Chemists can list metals according to how quickly they undergo chemical reactions, such as burning or dissolving in acids. The result is called a reactivity series. A metal at the top of the series generally reacts more vigorously than those that are below it in the series, and the more reactive metal can take their place (or displace them) in various compounds or in solution. In some reactions, however, such as reduction reactions, the order of reactivity is reversed.
Metals typically have positive valences in most of their compounds, which means they tend to donate electrons to the atoms to which they bond. Also, metals tend to form basic oxides. Typical nonmetallic elements, such as nitrogen, sulfur, and chlorine, have negative valences in most of their compounds—meaning they tend to accept electrons—and form acidic oxides (see Acids and Bases; Chemical Reaction).
Metals typically have low ionization potentials. This means that metals react easily by loss of electrons to form positive ions, or cations. Thus, metals can form salts (chlorides, sulfides, and carbonates, for example) by serving as reducing agents (electron donors).
| IV | ELECTRON STRUCTURE |
In early attempts to explain the electronic configurations of the metals, scientists cited the characteristics of high thermal and electrical conductivity in support of a theory that metals consist of ionized atoms in which the free electrons form a homogeneous sea of negative charge. The electrostatic attraction between the positive metal ions and the free-moving and homogeneous sea of electrons was thought to be responsible for the bonds between the metal atoms. Free movement of the electrons was then held to be responsible for the high thermal and electrical conductivities. The principal objection to this theory was that the metals should then have higher specific heats than they do.
Metallic Bonding
Silver, a typical metal, consists of a regular array of silver atoms that have each lost an electron to form a silver ion. The negative electrons distribute themselves throughout the entire piece of metal and form nondirectional bonds between the positive silver ions. This arrangement, known as metallic bonding, accounts for the characteristic properties of metals: they are good electrical conductors because the electrons are free to move from one place to another, and they are malleable (as shown here) because the positive ions are held together by nondirectional forces.
In 1928 the German physicist Arnold Sommerfeld proposed that the electrons in metals exist in a quantized arrangement in which low energy levels available to the electrons are almost fully occupied (see Atom; Quantum Theory). In the same year the Swiss-American physicist Felix Bloch and later the French physicist Louis Brillouin used this idea of quantization in the currently accepted “band” theory of bonding in metallic solids.
According to the band theory, any given metal atom has only a limited number of valence electrons with which to bond to all of its nearest neighbors. Extensive sharing of electrons among individual atoms is therefore required. This sharing of electrons is accomplished through overlap of equivalent-energy atomic orbitals on the metal atoms that are immediately adjacent to one another. This overlap is delocalized throughout the entire metal sample to form extensive orbitals that span the entire solid rather than being part of individual atoms. Each of these orbitals lies at different energies because the atomic orbitals from which they were constructed were at different energies to begin with. The orbitals, equal in number to the number of individual atomic orbitals that have been combined, each hold two electrons, and are filled in order from lowest to highest energy until the number of available electrons has been used up. Groups of electrons are then said to reside in bands, which are collections of orbitals. Each band has a range of energy values that the electrons must possess to be part of that band; in some metals, there are energy gaps between bands, meaning that there are certain energies that the electrons cannot possess. The highest energy band in a metal is not filled with electrons because metals characteristically possess too few electrons to fill it. The high thermal electrical conductivities of metals is then explained by the notion that electrons may be promoted by absorption of thermal energy into these unfilled energy levels of the band.
Friction
INTRODUCTION
Friction, force that opposes the motion of an object when the object is in contact with another object or surface. Friction results from two surfaces rubbing against each other or moving relative to one another. It can hinder the motion of an object or prevent an object from moving at all. The strength of frictional force depends on the nature of the surfaces that are in contact and the force pushing them together. This force is usually related to the weight of the object or objects. In cases involving fluid friction, the force depends upon the shape and speed of an object as it moves through air, water, or other fluid.
Friction occurs to some degree in almost all situations involving physical objects. In many cases, such as in a running automobile engine, it hinders a process. For example, friction between the moving parts of an engine resists the engine’s motion and turns energy into heat, reducing the engine’s efficiency. Friction also makes it difficult to slide a heavy object, such as a refrigerator or bookcase, along the ground. In other cases, friction is helpful. Friction between people’s shoes and the ground allows people to walk by pushing off the ground without slipping. On a slick surface, such as ice, shoes slip and slide instead of gripping because of the lack of friction, making walking difficult. Friction allows car tires to grip and roll along the road without skidding. Friction between nails and beams prevents the nails from sliding out and keeps buildings standing.
When friction affects a moving object, it turns the object’s kinetic energy, or energy of motion, into heat. People welcome the heat caused by friction when rubbing their hands together to stay warm. Frictional heat is not so welcome when it damages machine parts, such as car brakes.
CAUSES OF FRICTION
Friction occurs in part because rough surfaces tend to catch on one another as they slide past each other. Even surfaces that are apparently smooth can be rough at the microscopic level. They have many ridges and grooves. The ridges of each surface can get stuck in the grooves of the other, effectively creating a type of mechanical bond, or glue, between the surfaces.
Two surfaces in contact also tend to attract one another at the molecular level, forming chemical bonds. These bonds can prevent an object from moving, even when it is pushed. If an object is in motion, these bonds form and release. Making and breaking the bonds takes energy away from the motion of the object.
Scientists do not yet fully understand the details of how friction works, but through experiments they have found a way to describe frictional forces in a wide variety of situations. The force of friction between an object and a surface is equal to a constant number times the force the object exerts directly on the surface. The constant number is called the coefficient of friction for the two materials and is abbreviated µ. The force the object exerts directly on the surface is called the normal force and is abbreviated N. Friction depends on this force because increasing the amount of force increases the amount of contact that the object has with the surface at the microscopic level. The force of friction between an object and a surface can be calculated from the following formula:
F = µ × N
In this equation, F is the force of friction, µ is the coefficient of friction between the object and the surface, and N is the normal force.
Scientists have measured the coefficient of friction for many combinations of materials. Coefficients of friction depend on whether the objects are initially moving or stationary and on the types of material involved. The coefficient of friction for rubber sliding on concrete is 0.8 (relatively high), while the coefficient for Teflon sliding on steel is 0.04 (relatively low).
The normal force is the force the object exerts perpendicular to the surface. In the case of a level surface, the normal force is equal to the weight of the object. If the surface is inclined, only a fraction of the object’s weight pushes directly into the surface, so the normal force is less than the object’s weight.
KINDS OF FRICTION
Different kinds of motion give rise to different types of friction between objects. Static friction occurs between stationary objects, while sliding friction occurs between objects as they slide against each other. Other types of friction include rolling friction and fluid friction. The coefficient of friction for two materials may differ depending on the type of friction involved.
Static friction prevents an object from moving against a surface. It is the force that keeps a book from sliding off a desk, even when the desk is slightly tilted, and that allows you to pick up an object without the object slipping through your fingers. In order to move something, you must first overcome the force of static friction between the object and the surface on which it is resting. This force depends on the coefficient of static friction (µs) between the object and the surface and the normal force (N) of the object.
A book sliding off a desk or brakes slowing down a wheel are both examples of sliding friction, also called kinetic friction. Sliding friction acts in the direction opposite the direction of motion. It prevents the book or wheel from moving as fast as it would without friction. When sliding friction is acting, another force must be present to keep an object moving. In the case of a book sliding off a desk, this force is gravity. The force of kinetic friction depends on the coefficient of kinetic friction between the object and the surface on which it is moving (µk) and the normal force (N) of the object. For any pair of objects, the coefficient of kinetic friction is usually less than the coefficient of static friction. This means that it takes more force to start a book sliding than it does to keep the book sliding.
Rolling friction hinders the motion of an object rolling along a surface. Rolling friction slows down a ball rolling on a basketball court or softball field, and it slows down the motion of a tire rolling along the ground. Another force must be present to keep an object rolling. For example, a pedaling bicyclist provides the force necessary to the keep a bike in motion. Rolling friction depends on the coefficient of rolling friction between the two materials (µr) and the normal force (N) of the object. The coefficient of rolling friction is usually about t that of sliding friction. Wheels and other round objects will roll along the ground much more easily than they will slide along it.
Objects moving through a fluid experience fluid friction, or drag. Drag acts between the object and the fluid and hinders the motion of the object. The force of drag depends upon the object’s shape, material, and speed, as well as the fluid’s viscosity. Viscosity is a measure of a fluid’s resistance to flow. It results from the friction that occurs between the fluid’s molecules, and it differs depending on the type of fluid. Drag slows down airplanes flying through the air and fish swimming through water. An airplane’s engines help it overcome drag and travel forward, while a fish uses its muscles to overcome drag and swim. Calculating the force of drag is much more complicated than calculating other types of friction.
EFFECTS OF FRICTION
Friction helps people convert one form of motion into another. For example, when people walk, friction allows them to convert a push backward along the ground into forward motion. Similarly, when car or bicycle tires push backward along the ground, friction with the ground makes the tires roll forward. Friction allows us to push and slide objects along the ground without our shoes slipping along the ground in the opposite direction.
While friction allows us to convert one form of motion to another, it also converts some energy into heat, noise, and wear and tear on material. Losing energy to these effects often reduces the efficiency of a machine. For example, a cyclist uses friction between shoes and pedals, the chain and gears, and the bicycle’s tires and the road to make the bicycle move forward. At the same time, friction between the chain and gears, between the tires and the road, and between the cyclist and the air all resist the cyclist’s motion. As the cyclist pedals, friction converts some of the cyclist’s energy into heat, noise, and wear and tear on the bicycle. This energy loss reduces the efficiency of the bicycle. In automobiles and airplanes, friction converts some of the energy in the fuel into heat, noise, and wear and tear on the engine’s parts. Excess frictional heat can damage an engine and braking system. The wearing away of material in engines makes it necessary to periodically replace some parts.
Sometimes the heat that friction produces is useful. When a person strikes a match against a rough surface, friction produces a large amount of heat on the head of the match and triggers the chemical process of burning. Static friction, which prevents motion, does not create heat.
REDUCING FRICTION
Reducing the amount of friction in a machine increases the machine’s efficiency. Less friction means less energy lost to heat, noise, and wearing down of material. People normally use two methods to reduce friction. The first method involves reducing the roughness of the surfaces in contact. For example, sanding two pieces of wood lessens the amount of friction that occurs between them when they slide against one another. Teflon creates very little friction because it is so smooth.
Applying a lubricant to a surface can also reduce friction. Common examples of lubricants are oil and grease. They reduce friction by minimizing the contact between rough surfaces. The lubricant’s particles slide easily against each other and cause far less friction than would occur between the surfaces. Lubricants such as machine oil reduce the amount of energy lost to frictional heating and reduce the wear damage to the machine surfaces caused by friction.
Наука и техника Материалов
Я ВВЕДЕНИЕ
Наука и техника Материалов, исследование материалов, неметаллических так же как металлических, и как они могут быть приспособлены и изготовлены, чтобы встретить{выполнить} потребности современной технологии. Используя лабораторные методы и инструменты исследования физики, химии, и металлургии, ученые находят новые способы использовать пластмассы, керамику, и другие неметаллы в заявлениях{применениях}, прежде сохраненных для металлов.
II НЕДАВНИЕ СОБЫТИЯ
Быстрое развитие полупроводников (см. Полупроводник) для промышленности электроники, начинающейся в начале 1960-ых, дало науке материалов ее первый главный стимул. Обнаружив, что неметаллические материалы, типа кремния могли быть сделаны провести электричество способами, которыми не могли металлы, ученые и инженеры изобрели способы вылепить тысячи крошечных интегральных схем (см. Интегральную схему) на маленьком чипе кремния. Это тогда позволяло миниатюризировать компоненты электронных устройств, типа компьютеров.
В конце 1980-ых, исследованию науки материалов давали возобновленный акцент с открытием керамики, которые показывают сверхпроводимость в более высоких температурах, чем металлы. Если температура, в которой эти новые материалы становятся суперпроводящими, может быть поднята достаточно высоко, новые заявления{применения}, включая поднимающиеся поезда и сверхбыстрые компьютеры, являются возможными.
Хотя последние события в науке материалов имели тенденцию сосредотачиваться на электрических свойствах, механические свойства имеют также главный, продолжая важность. Для авиационной промышленности, например, ученые развились, и испытание инженеров, неметаллические сложные материалы, которые легче, более сильны, и легче изготовить, чем алюминий и другие металлы в настоящее время имели обыкновение формировать внешнюю кожу самолета.
III МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ
Инженеры должны знать, как твердые материалы отвечают на внешние силы, типа напряженности, сжатия, скрученности, изгиба, и стрижки{сдвига}. Твердые материалы отвечают на эти силы упругой деформацией (то есть, материал возвращается к его оригинальному{первоначальному} размеру и форме, когда внешняя сила снята{поднята}), постоянная деформация, или перелом. Зависимые временем эффекты внешних сил - ползают и усталость, которые определены ниже.
Напряженность - сила натяжения, которая действует в одном руководстве{направлении}; пример - сила в кабеле, держа{проводя} вес. Под напряженностью, материал обычно простирается, возвращаясь к его оригинальной{первоначальной} длине, если сила не превышает упругий предел материала (см. Эластичность). Под большими напряженными отношениями, материал не возвращается полностью к его оригинальному{первоначальному} условию{состоянию}, и под еще большими силами материальные разрывы.
Сжатие - уменьшение в объеме{томе}, который следует из заявления{применения} давления. Когда материал подвергнут изгибу, стрижке, или относящийся к скручиванию (скручивание), сила, и растяжимые и сжимающие силы одновременно работает. Когда прут согнут, например, одна сторона этого протянута и подвергнута напряженной силе, и другая сторона сжата.
Ползайте - медленно развитие, постоянная деформация, которая следует из устойчивой силы, действующей на материал. Материалы, подвергнутые высоким температурам особенно восприимчивы к этой деформации. Постепенное ослабление болтов, ослабевающие из кабелей длинного промежутка, и деформации компонентов машин{механизмов} и двигателей - все значимые примеры, ползают. Во многих случаях останавливается медленная деформация, потому что сила, вызывающая ползание устранена деформацией непосредственно. Ползайте расширенные{продленные} за долгое время, в конечном счете приводит к разрыву материала.
Усталость может быть определена как прогрессивный перелом. Это происходит{встречается}, когда механическая часть подвергнута повторному или циклическому напряжению, типа вибрации. Даже когда максимальное напряжение никогда не превышает упругий предел, отказ{неудача} материала может произойти{встретиться} даже после короткого времени. С небольшим количеством металлов, типа сплавов титана, усталости можно избежать, держа циклическую силу ниже определенного уровня. Никакая деформация не очевидна в течение усталости, но маленькие ограниченные трещины развиваются и размножаются через материал, пока остающаяся поперечная частная{секционная} область не может поддержать максимальное напряжение циклической силы. Знание растяжимого напряжения, упругих пределов, и сопротивления материалов, чтобы ползать и изнурять имеет основное{элементарное} значение в разработке. См. также Металлы.
Металлы
Я ВВЕДЕНИЕ
Металлы, группа химических элементов, которые показывают все или большинство следующих физических качеств: они тверды в обычных температурах; непрозрачный, кроме в чрезвычайно тонких фильмах; хорошие электрические и тепловые проводники (см. Проводника, Электрического); блестящий когда полируется; и имейте прозрачную структуру когда в твердом теле. Металлы и неметаллы отделены в периодической таблице диагональной линией элементов. Элементы налево от этой диагонали - металлы, и элементы направо - неметаллы. Элементы, которые составляют этот диагональный бор, кремний, германий, мышьяк, сурьму, теллур, polonium, и astatine-иметь и металлические и неметаллические свойства. Общие{обычные} металлические элементы включают следующее: алюминий, барий, бериллий, висмут, кадмий, кальций, церий, хром, кобальт, медь, золото, иридий, железо, лидерство, литий, магний, марганец, ртуть, молибден, никель, осмий, палладий, платина, калий, радий, розовое дерево{родий}, серебро, натрий, тантал, таллий, торий, олово, титан, вольфрам, уран, ванадий, и цинк. Металлические элементы могут объединиться друг с другом и с определенным другие элементы, или как составы, как решения, или как близкие смеси. Вещество{сущность}, составленное из двух или больше металлов, или вещества{сущности}, составленного из металлических и определенных неметаллов, типа углерода называют сплавами. Сплавы ртути с другими металлическими элементами известны как смеси.
В пределах общих пределов определения металла, свойства металлов изменяются широко. Большинство металлов является сероватым в цвете, но висмут является розоватым, медный красно, и золото желто. Немного металлов показывают больше чем один цвет, явление, названное{вызванное} pleochroism. Точки плавления металлов располагаются приблизительно от-39 ° C (приблизительно-38 ° F) для ртути к 3410 ° C (6170 ° F) для вольфрама. Осмий и иридий (удельная масса 22.6) - самые плотные металлы, и литий (удельная масса 0.53) наименее плотен. Большинство металлов кристаллизовало в кубической системе, но некоторые кристаллизовали в шестиугольных и четырёхугольных системах (см. Кристалл). Висмут имеет самую низкую электрическую проводимость металлических элементов, и серебра самое высокое в обычных температурах. (Для проводимости в низких температурах, см. Криогенику; Сверхпроводимость.) Проводимость большинства металлов может быть понижена, сплавляя. Все металлы расширяются когда нагрето и контракт когда охлаждено, но определенные сплавы, типа платиновых и иридиевых сплавов, имеют чрезвычайно низкие коэффициенты расширения.
II ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Металлы являются вообще очень сильными и стойкими к различным{другим} типам усилий. Хотя есть значительное изменение{разновидность} от одного металла до следующего, в общих металлах отмечены такими свойствами как твердость, сопротивление поверхностной деформации или трению; предел прочности, сопротивление поломке; эластичность, способность возвращаться к оригинальной{первоначальной} форме после деформации; податливость, способность, которая будет сформирована, стуча; сопротивление усталости, способность сопротивляться повторенным усилиям; и податливость, способность подвергнуться деформации без ломки{нарушения}. См. Науку и технику Материалов.
III ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Ряд Реактивности
Химики могут перечислить{внести в список} металлы согласно тому, как быстро они подвергаются химическим реакциям, типа горения{сжигания} или разложения на составляющие в кислотах. Результат называют рядом реактивности. Металл наверху ряда вообще реагирует более энергично чем те, которые являются ниже этого в ряду, и более реактивный металл может взять их место (или переместить{заместить} их) в различных составах или в решении. В некоторых реакциях, однако, типа реакций сокращения, полностью изменен заказ{порядок} реактивности.
Металлы типично имеют положительные валентности в большинстве их составов, что означает, что они имеют тенденцию жертвовать электроны атомам, к которым они подписывают обязательства. Кроме того, металлы имеют тенденцию формировать основные{элементарные} окиси. Типичные неметаллические элементы, типа азота, серы, и хлора, имеют отрицательные валентности в большинстве их значения составов, они имеют тенденцию принимать электроны - и формировать кислые окиси (см. Кислоты и Основания; Химическая Реакция).
Металлы типично имеют низкие потенциалы ионизации. Это означает, что металлы реагируют легко потерей электронов, чтобы сформировать положительные ионы, или катионы. Таким образом, металлы могут сформировать соли (хлориды, сульфиды, и карбонаты, например), служа сокращением агентов (электронные дарители{доноры}).
IV ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА
В ранних попытках объяснять электронные конфигурации металлов, ученые процитировали особенности{характеристики} высокой тепловой и электрической проводимости в поддержку теории, что металлы состоят из ионизированных атомов, в которых свободные электроны формируют гомогенное море отрицательного обвинения{нагрузки}. Электростатическая привлекательность между положительными металлическими ионами и свободно перемещающим и гомогенным морем электронов, как думали, была ответственной за облигации{оковы} между металлическими атомами. Свободное движение электронов было тогда проведено{поддержано}, чтобы быть ответственным за высокие тепловые и электрические проводимости. Основное возражение на эту теорию состояло в том, что металлы должны тогда иметь более высокие определенные высокие температуры, чем они.
Металлическое Соединение
Серебро, типичный металл, состоит из регулярного{правильного} множества серебряных атомов, которые каждый потеряли электрон, чтобы сформировать серебряный ион. Отрицательные электроны распределяют себя всюду по всей части металла и формируют ненаправленные облигации{оковы} между положительными серебряными ионами. Эта договоренность, известная как металлическое соединение, составляет{объясняет} характерные свойства металлов: они - хорошие электрические проводники, потому что электроны свободны переместиться от одного места до другого, и они покорны (как показано здесь), потому что положительные ионы скрепляются ненаправленными силами.
В 1928 немецкий физик Арнольд Соммерфелд предложил, чтобы электроны в металлах существовали в квантовавшей договоренности, в которой почти полностью заняты низкие уровни энергии, доступные для электронов (см. Атом; Квантовая Теория). В том же самом году швейцарский-американский физик Феликс Блок и позже французский физик Луи Брайллоуин использовал эту идею относительно квантизации в в настоящее время принимаемой теории "полосы{оркестра}" соединения в металлических твердых частицах.
Согласно теории полосы{оркестра}, любой данный металлический атом имеет только ограниченное число{номер} электронов валентности, чтобы подписать обязательства ко всем ее самым близким соседям. Обширное разделение электронов среди индивидуальных атомов поэтому требуется. Это разделение электронов достигнуто через наложение эквивалентной энергии атомный orbitals на металлических атомах, которые являются немедленно смежными с друг другом. Это наложение делокализовано всюду по всему металлическому образцу, чтобы сформировать обширные orbitals, которые охватывают все тело вместо того, чтобы быть частью индивидуальных атомов. Каждая эта ложь orbitals в различных{других} энергиях, потому что атомный orbitals, из которого они были построены, был в различных{других} энергиях для начала. orbitals, равный в числе{номере} к числу{номеру} индивидуальных атомных orbitals, которые были объединены, каждый держит{проводит} два электрона, и переполнен, чтобы от самого низкого до самой высокой энергии, пока число{номер} доступных электронов не было израсходовано. Группы электронов, как тогда говорят, проживают в полосах{оркестрах}, которые являются собраниями orbitals. Каждая полоса{оркестр} имеет диапазон ценностей энергии, которыми электроны должны обладать, чтобы быть частью той полосы{оркестра}; в небольшом количестве металлов, есть энергетические кризисы между полосами{оркестрами}, означая, что есть определенные энергии, которыми электроны не могут обладать. Самая высокая полоса{оркестр} энергии в металле не переполнена электронами, потому что металлы характерно обладают слишком немногими электронами, чтобы заполнить это. Высокие тепловые электрические проводимости металлов тогда объясняются понятием, что электроны могут быть продвинуты поглощением тепловой энергии в эти незаполненные уровни энергии полосы{оркестра}.
Трение
ВВЕДЕНИЕ
Трение, сила, которая выступает против движения объекта{цели}, когда объект{цель} находится в контакте с другим объектом{целью} или поверхностью. Трение следует из двух поверхностей, трущихся друг против друга или перемещающихся относительно друг друга. Это может препятствовать движению объекта{цели} или препятствовать объекту{цели} переместиться вообще. Сила фрикционной силы зависит от природы{характера} поверхностей, которые находятся в контакте и силе, выдвигая{подталкивая} их вместе. Эта сила обычно связывается с весом объекта{цели} или объектов{целей}. В случаях, вовлекающих жидкое трение, сила зависит от формы и скорости объекта{цели}, поскольку это перемещается через воздух, воду, или другую жидкость.
Трение происходит{встречается} до некоторой степени в почти всех ситуациях, вовлекающих физические объекты{цели}. Во многих случаях, типа в бегущем{работающем} автомобильном двигателе, это препятствует процессу. Например, трение между перемещающимися частями двигателя сопротивляется движению двигателя и превращает энергию в высокую температуру, уменьшая{сокращая} эффективность двигателя. Трение также мешает двигать тяжелый объект{цель}, типа рефрижератора{холодильника} или книжного шкафа, по основанию{земле}. В других случаях, трение полезно. Трение между ботинками людей и основанием{землей} позволяет людям идти, отодвигая основание{землю} без скольжения. На гладкой{ловкой} поверхности, типа льда, ботинки скользят и понижение{слайд} вместо того, чтобы держать из-за нехватки трения, делая ходьбу трудного. Трение позволяет автомобильным шинам держать и катиться по дороге без скольжения. Трение между гвоздями{ногтями} и лучами{балками} препятствует гвоздям{ногтям} выскользнуть и держит положение зданий.
Когда трение затрагивает перемещающийся объект{цель}, это поворачивает кинетическую энергию объекта{цели}, или энергию движения, в высокую температуру. Люди приветствуют высокую температуру, вызванную трением, при протирке их рук вместе, чтобы остаться теплыми. Фрикционная высокая температура не настолько долгожданна, когда это повреждает части машины{механизма}, типа автомобильных тормозов.
ПРИЧИНЫТРЕНИЯ
Трение происходит{встречается} частично, потому что грубые поверхности имеют тенденцию завоевывать популярность друг друг, поскольку они скользят друг мимо друга. Даже поверхности, которые являются очевидно гладкими, могут быть грубыми на микроскопическом уровне. Они имеют много горных хребтов и углублений. Горные хребты каждой поверхности могут застрять в углублениях другого, эффективно{фактически} создавая тип механического обязательства{облигации}, или клея, между поверхностями.
Две поверхности в контакте также имеют тенденцию привлекать друг друга на молекулярном уровне, формируя химические облигации{оковы}. Эти облигации{оковы} могут препятствовать объекту{цели} переместиться, даже когда это выдвинуто. Если объект{цель} находится в движении, этой форме облигаций{оков} и выпуске. Создание и ломка{нарушение} облигаций{оков} убирают энергию из движения объекта{цели}.
Ученые полностью еще не понимают детали того, как трение работает, но через эксперименты они нашли способ описать фрикционные силы в широком разнообразии ситуаций. Сила трения между объектом{целью} и поверхностью равна постоянным{неизменным} временам числа{номера} сила, которую объект{цель} проявляет непосредственно на поверхности. Постоянное{неизменное} число{номер} называют коэффициентом трения для этих двух материалов и сокращен µ. Силу, которую объект{цель} проявляет непосредственно на поверхности, называют нормальной силой и сокращен N. Трение зависит от этой силы, потому что увеличение количества силы увеличивает количество контакта, который объект{цель} имеет с поверхностью на микроскопическом уровне. Сила трения между объектом{целью} и поверхностью может быть вычислена от следующей формулы:
F = µ Ч N
В этом уравнении, F - сила трения, µ - коэффициент трения между объектом{целью} и поверхностью, и N - нормальная сила.
Ученые измерили коэффициент трения для многих комбинаций материалов. Коэффициенты трения зависят, перемещаются ли объекты{цели} первоначально или постоянные и на типах вовлеченного материала. Коэффициент трения для резинового скольжения на бетоне - 0.8 (относительно высоко), в то время как коэффициент для Тефлона, скользящего на стали - 0.04 (относительно низко).
Нормальная сила - сила, объект{цель} проявляет перпендикуляр к поверхности. В случае поверхности уровня, нормальная сила равна весу объекта{цели}. Если поверхность склонна, только фракция{доля} толчков веса объекта{цели} непосредственно в поверхность, таким образом нормальная сила - меньше чем вес объекта{цели}.
ВИДЫТРЕНИЯ
Различные{Другие} виды движения дают начало различным{другим} типам трения между объектами{целями}. Статическое трение происходит{встречается} между постоянными объектами{целями}, в то время как скольжение трения происходит{встречается} между объектами{целями}, поскольку они скользят друг против друга. Другие типы трения включают катящееся трение и жидкое трение. Коэффициент трения для двух материалов может отличаться в зависимости от типа вовлеченного трения.
Статическое трение препятствует объекту{цели} переместиться против поверхности. Это - сила, которая препятствует книге скользить от стола, даже когда стол немного наклонен, и это позволяет Вам собирать объект{цель} без объекта{цели}, скользящего через ваши пальцы. Чтобы перемещать кое-что, Вы должны сначала преодолеть силу статического трения между объектом{целью} и поверхностью, на которой это отдыхает. Эта сила зависит от коэффициента статического трения (µs) между объектом{целью} и поверхностью и нормальной силой (N) объекта{цели}.
Книга, скользящая от стола или тормозов, замедляющих колесо - оба примеры скользящего трения, также названного кинетическим трением. Скольжение трения действует в руководстве{направлении} напротив руководства{направления} движения. Это препятствует книге или колесу перемещаться с такой скоростью, как это без трения. Двигая трение действует, другая сила должна присутствовать, чтобы держать перемещение объекта{цели}. В случае книги, скользящей от стола, эта сила - серьезность. Сила кинетического трения зависит от коэффициента кинетического трения между объектом{целью} и поверхностью, в которую это перемещается (µk) и нормальная сила (N) объекта{цели}. Для любой пары объектов{целей}, коэффициент кинетического трения - обычно меньше чем коэффициент статического трения. Это означает, что требуется больше силы, чтобы начать книгу, скользящую, чем это делает, чтобы держать книжное скольжение.
Вращение трения препятствует движению объекта{цели}, катящегося по поверхности. Вращение трения замедляет шар{мяч}, катящийся на суде баскетбола или области{поле} софтбола, и это замедляет движение шины, катящейся по основанию{земле}. Другая сила должна присутствовать, чтобы держать вращение объекта{цели}. Например, ездивший на велосипеде велосипедист обеспечивает силу, необходимую для держания велосипеда в движении. Вращение трения зависит от коэффициента катящегося трения между этими двумя материалами (µr) и нормальной силой (N) объекта{цели}. Коэффициент катящегося трения - обычно о t то из скользящего трения. Колеса и другие круглые объекты{цели} будут катиться по основанию{земле} намного более легко, чем они будут скользить по этому.
Объекты{Цели}, перемещающиеся через жидкое трение жидкости опыта, или тянутся. Тяните действия между объектом{целью} и жидкостью и препятствует движению объекта{цели}. Сила тянется, зависит от формы объекта{цели}, материала, и скорости, так же как вязкости жидкости. Вязкость - мера сопротивления жидкости, чтобы течь. Это следует из трения, которое происходит{встречается} между молекулами жидкости, и это отличается в зависимости от типа жидкости. Тянитесь замедляет самолеты, летящие через воздух и рыбу, плавающую через воду. Двигатели самолета помогают, это, чтобы преодолеть тянется и путешествие вперед, в то время как рыба использует ее мускулы, чтобы преодолеть, тянутся и плавают. Вычисление силы тянется, намного более сложным чем вычисление других типов трения.
ЭФФЕКТЫТРЕНИЯ
Трение помогает людям преобразовывать одну форму движения в другой. Например, когда люди идут, трение позволяет им преобразовывать толчок назад по основанию{земле} в передовое движение. Точно так же, когда автомобиль или шины велосипеда выдвигают{подталкивают} назад по основанию{земле}, трение с основанием{землей} делает рулон{ведомость} шин вперед. Трение позволяет нам выдвигать{подталкивать} и двигать объекты{цели} по основанию{земле} без наших ботинок, скользящих по основанию{земле} в противоположном руководстве{направлении}.
В то время как трение позволяет нам преобразовывать одну форму движения к другому, это также преобразовывает немного энергии в высокую температуру, шум, и износ на материале. Безвыигрышная энергия к этим эффектам часто уменьшает{сокращает} эффективность машины{механизма}. Например, велосипедист использует трение между ботинками и педалями, цепью и механизмами{передачами}, и шинами велосипеда и дорогой, чтобы заставить велосипед продвинуться. В то же самое время, трение между цепью и механизмами{передачами}, между шинами и дорогой, и между велосипедистом и воздухом все сопротивляются движению велосипедиста. Как педали велосипедиста, трение преобразовывает часть энергии велосипедиста в высокую температуру, шум, и износ на велосипеде. Эта потеря энергии уменьшает{сокращает} эффективность велосипеда. В автомобилях и самолетах, трение преобразовывает часть энергии в топливе в высокую температуру, шум, и износ на частях двигателя. Лишняя фрикционная высокая температура может повредить двигатель и тормозную систему. Стирание материала в двигателях заставляет периодически заменять некоторые части.
Иногда высокая температура, которую трение производит, полезна. Когда человек чиркает спичкой против грубой поверхности, трение производит большое количество высокой температуры на голове состязания{спички} и вызывает химический процесс горения{сжигания}. Статическое трение, которое предотвращает движение, не создает высокую температуру.
СОКРАЩЕНИЕ ТРЕНИЯ
Сокращение количества трения в машине{механизме} увеличивает эффективность машины{механизма}. Меньше трения означает меньше энергии, потерянной, чтобы нагреться, шум, и стирание материала. Люди обычно используют два метода, чтобы уменьшить{сократить} трение. Первый метод вовлекает сокращение грубости поверхностей в контакте. Например, посыпание песком, две части леса{древесины} уменьшают количество трения, которое происходит{встречается} между ними, когда они скользят против друг друга. Тефлон создает очень небольшое трение, потому что это настолько гладко.
Применение{Обращение} смазки к поверхности может также уменьшить{сократить} трение. Общие{обычные} примеры смазок - нефть{масло} и жир. Они уменьшают{сокращают} трение, минимизируя контакт между грубыми поверхностями. Понижение{слайд} частиц смазки легко друг против друга и причины гораздо меньше трения чем произошло{встретилось} бы между поверхностями. Смазки, типа нефти{масла} машины{механизма} уменьшают{сокращают} количество энергии, потерянной к фрикционному нагреванию и уменьшают{сокращают} повреждение{ущерб} изнашивания поверхностям машины{механизма}, вызванным трением.