작가:
Sara Rhodes
창조 날짜:
14 2 월 2021
업데이트 날짜:
1 칠월 2024
콘텐츠
두 손을 비비면 왜 손이 뜨거워지는지, 두 장의 나무를 문지르면 왜 불이 나는지 궁금하신가요? 정답은 마찰입니다! 두 물체가 서로에 대해 움직일 때 그러한 움직임을 방해하는 마찰력이 나타납니다.마찰은 열, 손을 따뜻하게 하는 것, 불을 치는 등의 형태로 에너지를 방출할 수 있습니다. 마찰이 많을수록 더 많은 에너지가 방출되므로 기계 시스템에서 움직이는 부품 사이의 마찰을 증가시키면 많은 열이 발생합니다!
단계
방법 1/2: 바디 표면 문지르기
1 두 몸체가 서로 상대적으로 움직일 때 다음 세 가지 프로세스가 발생할 수 있습니다. 신체 표면의 불규칙성은 서로에 대한 신체의 움직임을 방해합니다. 이러한 움직임의 결과로 본체의 한쪽 또는 양쪽 표면이 변형될 수 있습니다. 각 표면의 원자는 서로 상호 작용할 수 있습니다. 이러한 모든 과정은 마찰의 발생과 관련이 있습니다. 따라서 마찰을 증가시키려면 연마 표면(예: 사포), 변형 가능한 표면(예: 고무) 또는 접착 특성(예: 끈적임)이 있는 표면이 있는 본체를 선택하십시오. - 마찰을 증가시키는 재료 선택에 대한 자세한 내용은 자습서 또는 온라인 리소스를 참조하십시오. 일반적인 재료의 경우 마찰 계수(한 재료가 다른 재료의 표면 위로 미끄러지거나 움직이는 데 필요한 힘의 양적 특성)를 찾을 수 있습니다. 일부 재료의 마찰 계수는 다음과 같습니다(계수가 높을수록 마찰이 커짐).
- 알루미늄에서 알루미늄으로: 0.34
- 나무 대 나무: 0.129
- 고무 위의 건조 콘크리트: 0.6-0.85
- 고무에 젖은 콘크리트: 0.45-0.75
- 얼음 위의 얼음: 0.01
2 마찰력은 마찰하는 몸체에 작용하는 힘(서로에 대한 몸체의 이동 방향에 수직으로 향하는 힘)에 비례하기 때문에 몸체를 서로 더 가깝게 눌러 마찰을 증가시킵니다.- 자동차의 디스크 브레이크를 생각해 보십시오. 브레이크 페달을 더 많이 밟을수록 브레이크 패드가 휠 림에 더 많이 눌릴수록 마찰이 더 커지고 차가 더 빨리 멈춥니다. 하지만 마찰력이 강할수록 더 많은 열이 방출되기 때문에 세게 제동할 때 브레이크 패드가 매우 뜨거워집니다.
3 한 몸이 움직이면 멈추십시오. 지금까지 물체가 서로 상대적으로 움직일 때 발생하는 미끄럼 마찰에 대해 알아보았습니다. 슬라이딩 마찰은 정지 마찰, 즉 두 개의 접촉 물체를 움직이기 위해 극복해야 하는 힘보다 훨씬 적습니다. 따라서 무거운 물체는 이미 움직이고 있을 때 제어하는 것보다 움직이는 것이 더 어렵습니다. - 미끄럼 마찰과 정지 마찰의 차이를 이해하기 위해 간단한 실험을 해보세요. 부드러운 바닥(양탄자 아님)에 의자를 놓으십시오. 미끄러지는 것을 방지하기 위해 의자 다리에 고무나 기타 패드가 없는지 확인하십시오. 의자를 밀어 이동합니다. 의자가 움직이면 의자와 바닥 사이의 슬라이딩 마찰이 정지 마찰보다 작기 때문에 밀기가 더 쉬워지는 것을 알 수 있습니다.
4 마찰을 증가시키기 위해 두 표면 사이의 그리스를 제거하십시오. 윤활제(기름, 바셀린 등)는 마찰체 사이의 마찰력을 상당히 감소시킵니다. 고체 사이의 마찰 계수가 고체와 액체 사이의 마찰 계수보다 훨씬 높기 때문입니다. - 간단한 실험을 해보세요. 마른 손을 비비면 온도가 상승한 것을 알 수 있습니다(더 따뜻해짐). 이제 손을 적시고 다시 문지릅니다. 이제 손을 비비기가 더 쉬울 뿐만 아니라 덜 뜨거워집니다(또는 더 느리게).
5 베어링, 바퀴 및 기타 롤링 바디를 제거하여 롤링 마찰을 제거하고 첫 번째 것보다 훨씬 더 큰 슬라이딩 마찰을 얻으십시오(따라서 한 바디를 다른 바디에 대해 롤링하는 것이 밀거나 당기는 것보다 쉽습니다).- 예를 들어, 썰매와 바퀴 달린 카트에 같은 질량의 시체를 싣는다고 상상해 보십시오. 바퀴가 달린 카트는 썰매(슬라이딩 마찰)보다 이동(구르는 마찰)이 훨씬 쉽습니다.
6 마찰력을 증가시키려면 유체의 점도를 증가시키십시오. 마찰은 고체를 움직일 때뿐만 아니라 액체와 기체(각각 물과 공기)에서도 발생합니다. 액체와 고체 사이의 마찰은 여러 요인에 따라 달라집니다. 예를 들어 액체의 점도는 액체의 점도가 높을수록 마찰력이 커집니다. - 예를 들어 빨대로 물과 꿀을 마시고 있다고 상상해보십시오. 점도가 낮은 물은 빨대를 쉽게 통과하지만 점도가 높은 꿀은 빨대를 거의 통과하지 않습니다(꿀이 빨대 벽에 더 많이 마찰되기 때문에).
방법 2/2: 정면 저항
1 신체 표면적을 늘리십시오. 위에서 언급했듯이 고체가 액체와 기체에서 움직일 때 마찰력도 발생합니다. 액체와 기체에서 물체의 움직임을 방해하는 힘을 정면 저항이라고 합니다(때로는 공기 저항 또는 내수성이라고도 함). 정면 저항은 액체 또는 기체를 통한 신체의 이동 방향에 수직인 신체 표면적의 증가에 따라 더 커집니다. - 예를 들어, 무게가 1g인 펠릿과 무게가 같은 종이 한 장을 가져와 동시에 놓습니다. 곡물은 즉시 바닥에 떨어지고 종이는 천천히 가라앉습니다. 여기에서 항력의 원리가 보입니다. 종이의 표면적이 펠릿의 표면적보다 훨씬 커서 공기 저항이 더 크고 종이가 더 천천히 바닥으로 떨어집니다.
2 항력 계수가 높은 체형을 사용합니다. 움직임에 수직인 신체 표면의 면적으로 정면 저항에 대한 판단은 일반적인 용어로만 가능하다. 다른 모양의 몸체는 다른 방식으로 액체 및 기체와 상호 작용합니다(몸체가 기체 또는 액체를 통과할 때). 예를 들어, 둥근 평평한 판은 둥근 공 모양의 판보다 더 많은 항력을 가집니다. 다양한 모양의 몸체의 항력을 특성화하는 값을 항력 계수라고 합니다. - 예를 들어 비행기 날개를 생각해 보십시오. 비행기 날개의 모양을 익형(airfoil)이라고 합니다. 그것은 낮은 항력 계수(약 0.45)를 가진 매끄럽고 좁고 둥근 모양입니다. 반면에 비행기 날개가 정사각형의 직사각형 프리즘 모양이라고 상상해보십시오. 그러한 날개의 경우 항력은 엄청날 것입니다(정사각형 프리즘의 항력 계수가 1.14이기 때문에 이것은 사실입니다).
3 덜 유선형 바디를 사용합니다. 일반적으로 큰 입방체는 높은 항력을 갖습니다. 이러한 본체에는 직사각형 모서리가 있으며 끝으로 갈수록 가늘어지지 않습니다. 반면 유선형 몸체는 모서리가 둥글고 일반적으로 끝으로 갈수록 가늘어집니다. - 예를 들어, 현대 자동차와 수십 년 전에 만들어진 자동차를 비교해 보십시오. 오래된 자동차는 정사각형이지만 현대 자동차는 부드러운 곡선이 많습니다. 따라서 현대 자동차는 항력이 적고 엔진 출력이 낮아야 합니다(연비로 이어짐).
4 관통 구멍이 없는 본체를 사용하십시오. 본체의 관통 구멍은 공기 또는 물이 구멍을 통해 흐르도록 하여 항력을 줄입니다(구멍은 움직임에 수직인 신체 표면적을 줄입니다). 관통 구멍이 클수록 드래그가 낮아집니다. 이것이 낙하 속도를 늦추기 위해 많은 항력을 발생시키도록 설계된 낙하산이 거즈가 아닌 내구성이 있고 가벼운 실크 또는 나일론으로 만들어진 이유입니다. - 예를 들어, 패들에 여러 개의 구멍을 뚫어 탁구 패들의 속도를 높일 수 있습니다(패들의 표면적을 줄이고 항력을 줄이기 위해).
5 항력을 높이려면 몸체 속도를 높이십시오(이는 모든 모양과 재질의 몸체에 해당됨). 물체의 속도가 빠를수록 통과해야 하는 액체나 기체의 부피가 커지고 항력도 커집니다. 매우 빠른 속도로 움직이는 몸체는 엄청난 항력을 경험하므로 유선형이어야 합니다. 그렇지 않으면 저항의 힘이 그들을 파괴할 것입니다. - 예를 들어, 냉전 기간에 제작된 실험용 정찰기인 록히드 SR-71을 생각해 보십시오. 이 항공기는 M = 3.2의 고속으로 비행할 수 있었고 유선형의 모양에도 불구하고 엄청난 항력을 경험했습니다(마찰로 인해 가열될 때 항공기 동체를 만드는 금속이 팽창함).
팁
- 마찰은 열의 형태로 많은 에너지를 방출한다는 것을 기억하십시오. 예를 들어, 제동 직후 자동차의 브레이크 패드를 만지지 마십시오!
- 높은 저항력은 유체에서 움직이는 신체의 파괴로 이어질 수 있음을 명심하십시오. 예를 들어, 보트 여행 중에 합판 조각을 물에 넣으면(표면이 보트의 움직임과 수직이 되도록) 합판이 부러질 가능성이 높습니다.
