Hõõrdumine ja hõõrdejõud

Kui puidust klotsile anda sõrmenips, nii et see libiseks mööda põrandat, siis jääb see klots mõne hetke pärast seisma. Klotsi küljepinna ja põranda pinna vahel tekkib klotsi liikumisel jõud, mis takistab liikumist. See nähtus esineb kõikjal meie ümber ja seda nimetatakse hõõrdumiseks. Hõõrdumisega kaasneb ka hõõrduvate pindade soojenemine. Kui kahte puupulka kiiresti vastamisi hõõruda, lähevad need soojaks ja võivad väga kiirel hõõrdumisel isegi põlema minna. Hõõrdumise nähtus ei esine ainult tahkete kehade vahel, vaid ka vedelikes ja gaasides. Näiteks meteoor, mis siseneb maa atmosfääri suurel kiirusel, lahvatab õhus hõõrdumisel põlema ja inimesed näevad langevat tähte.

Kui maailmas hõõrdumine puuduks, siis oleks elamine praktiliselt võimatu: asju oleks võimatu sõrmedega haarata, veeremine oleks võimatu, autod ei saaks pidurdada, inimesed ei saaks astuda - ainult libisemine oleks võimalik. Ei saaks pliiatsiga kirjutada, sest pliiatsit poleks võimalik sõrmede vahel hoida ja ka paberile ei teeks pliiats ühtegi joont, sest pliiatsisüdamiku ja paberi vahel hõõrdumine puuduks. Autoga sõitma hakkamisel käiksid rattad auto all ringi, kuid auto ei nihkuks paigalt. Hõõrdumine on mõnes olukorras ka kahjulik, näiteks mootorites ja masinates, sest hõõrdejõud takistab liikuvate ja pöörlevate osade liikumist.

Kui kaks pinda on omavahel kontaktis ja liiguvad teineteise suhtes, siis nimetatakse seda jõudu, mis nende pindade vahelist liikumist takistab, hõõrdejõuks. See jõud sõltub nende pindade materjalist, pindade töötlusest (karedusest) ning ka sellest, kui suure jõuga on need pinnad omavahel kokku surutud. Igale kehale mõjub raskusjõud ja see surub keha vastu põrandat või muud horisontaalset pinda. Mida suurem on keha mass, seda rohkem on keha vastu pinda surutud ning seda suurem on liikumist takistav hõõrdejõud.

Hõõrdejõud võib olla ühe ja sama keha puhul erinevat liiki, sõltuvalt sellest, mismoodi üks keha liigub teise keha suhtes: kas libiseb või veereb. Kui pindade vahele on lisatud mingit vedelikku, muudab see nende pindade vahelist hõõrdumist: hõõrdejõud kas suureneb või väheneb. Kui mingi masina metallist osad on õlitatud, siis hõõrdumine masinaosade vahel on väiksem kui ilma õlita. Kui aga näiteks käed on higised, siis hõõrdumine on palju suurem kui kuivade käte puhul.

Hõõrdejõu liigitus on lühidalt selline:

  • liughõõrdumine ehk kuivhõõrdumine - näiteks: klotsi lohistatakse põrandal
  • veerehõõrdumine - näiteks: palli veeretamine või kui kahe pinna vahele on asetatud kuulikesed
  • vedelikhõõrdumine - näiteks: kui põrandale on õli kallatud, siis võib inimene maha kukkuda

Kõige väiksem on hõõrdejõud veeremisel ja õlide kasutamisel pindade vahel. Liughõõrdumisel on hõõrdejõud suurem. Liughõõrdumisel on väga tähtis ka see, millised on kontaktis olevad pinnad. Karedatel pindadel on pinnakonarused, mis haakuvad üksteisega ja see takistab libisemist. Karedus ei pruugi olla silmaga nähtav. Ka mikroskoopilised konarused mõjutavad hõõrdumist pindade vahel. Kui mingi keha on surutud vastu pinda nii, et vajub sellesse (kui näiteks pind on pehme), siis ka see suurendab kehale mõjuvat hõõrdejõudu.

All joonisel on kujutatud erinevaid hõõrdumise liike, liughõõrdumise puhul on eraldi näidatud ka hõõrdumine siledate ja karedate pindade puhul.

 

Hõõrdumist vähendatakse põhiliselt kuullaagrite kasutamisega või pindade õlitamisel. Ka suuskade määrimisel teatud määretega on võimalik parandada suusa libisemise omadusi.

Näide õhutakistusest (katse):

Kui tavaline paberileht horisontaalsest asendist käest lahti lasta, siis ei kuku see otse põrandale, vaid liugleb õhus enne põrandani jõudmist. Kui raamat samast asendist lasta maha kukkuda, siis see kukub kiiresti lapiti põrandale. Kui raamatusuurune paberileht asetada raamatu peale ja lasta raamat maha kukkuda, ei tõuse paber lendu ja ei hakka liuglema, vaid kukub koos raamatuga ja sama kiirusega. Paberileht jääks kukkumisel nagu raamatu varju. See katse näitab, et õhk takistab mõnede kehade kukkumist. Kehad liiguvad väikeste kiirustega ja mingit soojenemist õhus hõõrdumisega ei toimu. Kui mingi keha liigub suure kiirusega läbi õhu, siis mõjub sellele takistav jõud keha pinna ja õhu vahelise hõõrdumise tõttu ja keha kaotab oma kiirust. Selle tagajärjel keha pind soojeneb.

Lisaks võid vaadata simulatsiooni: hõõrdejõud (http://mudelid.5dvision.ee/hoordejoud/)