Kas ir Kulona berze?

Mašīnbūves aprēķinos to vienkāršības dēļ bieži tiek izmantotas Kulona berzes formulas, un tās var pielāgot, lai pielāgotos nekustīgu ķermeņu statiskajai berzei vai ķermeņu kinētiskajai berzei, kas slīd viens pret otru. Šajā modelī tiek pieņemts, ka materiāli ir cietas vielas, starp kurām nav smērvielu vai citu šķidrumu vai gāzu. Lai gan Kulona berzes likums labi darbojas ar šiem materiāliem, kur ir izmantoti pusmīksti savienojumi, piemēram, gumija, vai pulētas metāla virsmas, aprēķini ir mazāk precīzi.

Franču izgudrotājs Gijoms Amontons 1699. gadā uzlaboja Leonardo da Vinči berzes aprēķinus, un Kulons to izmantoja, lai pamatotu savu izpratni par berzi. Uz sausām virsmām attiecas trīs fiziskie noteikumi, no kuriem pirmie divi ir pazīstami kā Amontona likumi un trešais kā Kulona likums. Pirmie divi norāda, ka berzes spēks ir tieši proporcionāls slodzei un nav atkarīgs no redzamā saskares laukuma starp materiāliem. Kulona likums nosaka, ka kustībā esošo ķermeņu kinētiskā berze nav atkarīga no ķermeņu faktiskā slīdēšanas ātruma.

Kulona berzes koeficients ir statiskais spēks, kas ir nedaudz lielāks par dzinējspēku, kad divi materiāli atrodas miera stāvoklī, kad tie saskaras viens ar otru. Šis berzes koeficients ir labi zināms daudziem vienkāršiem, tīriem materiāliem, un tas ir norādīts kā skaitlis bez vienībām. Sausām virsmām berzes koeficients koksnei pret betonu ir 0.62, polistirolam pret tēraudu no 0.3 līdz 0.35 un tēraudam pret Teflon® 0.04. Šos skaitļus izmanto, lai aprēķinātu spēku, kas nepieciešams, lai pārvarētu statisko berzi, ko sauc par berzes spēku, reizinot berzes koeficientu ar parasto spēku. Normālais spēks ir materiālu masa reizināta ar gravitācijas pievilkšanu, pievienojot vektoru aprēķinus, ja abas virsmas virzās uz augšu vai uz leju slīpumā pret gravitācijas pievilkšanu vai pret to.

Kulona berzes slāpēšana ir berzes efekts, kas vienmēr ir pretējs kustības virzienam. To izsaka kā siltumenerģijas izdalīšanos starp virsmām, kas samazina kustības neto kinētisko enerģiju. Kulona berzes griezes moments ietver rotācijas spēkus, kad divi materiāli saskares laikā nekustas lineāri, un tas ir vēl viens piemērs tam, kad pamata formulas tiek iekļautas sarežģītākos faktiskās berzes aprēķinos. Šie aprēķini izmanto Kulona formulas un paplašina tās, iekļaujot dažādas berzes vides, tostarp viskozā šķidruma berzi, iekšējo berzi materiālos, kuros notiek deformācija, un daudz ko citu.