Hvorfor kræver et halvfladt dæk mere energi?

Jeg er ved at lære om kræfter i fysik hf-b. Vi har lært, at gnidningsmodstanden er F gnidning = µ * Ft  hvormed overflade er uden betydning for gnidningsmodstanden, men det gælder vel ikke for rullemodstanden?

Jeg mener det kræver mere energi at køre med halvt flade dæk, end at køre med hårdt pumpede dæk. Er det pga. den øgede overflade i de halvt flade dæk, eller er der andre faktorer der gør sig gældende?

Med venlig hilsen
J B T.

Gnidningsmodstanden imellem to materialer, f.eks. en firkantet klods mod et betongulv, bestemmes af såvel materialerne, som deres overflader.

Som det er mange bekendt, skal ski smøres for at virke bedst i sneen. Man har mange forskellige vokstyper, som man anvender efter sneens karakter og temperatur. Her er det overfladen, man ændrer, eller man kan tale om smøring.

Gnidningsloven kan udtrykkes på flere måder

Gnidningskraften går altid modsat bevægelsen eller modsat den kraft, man trækker eller skubber et legeme med. Størrelsen er F = μ * F_N, hvor F_Ner normalkraften, dvs. kraften vinkelret imod den flade, som vores genstand gnider imod.

Gnidningskoeffecienten kaldes μ,, og den afhænger primært af materialerne, som gnider imod hinanden. Denne størrelse kan ændres ved smøring, i reglen olieagtige substanser, men også i visse tilfælde f.eks. vand. Arbejdsulykker, hvor man har glatte flader på arbejdet, skyldes i en del tilfælde vand (smøring) på gulvet. Gnidningskoeffecienten er ofte større når man skal have et legeme i bevægelse, end når det er i bevægelse (det er lettere at holde i gang, end det er at starte).

Eksempler på gnidningskoeffecient ved start/under bevægelse

• Glas imod glas 1/0,4
• Træ imod træ o,4 – 0,7/0,2 – 0,4
• Stål imod stål 0,45 – 0,8/0,4 – 0,7.

Gnidningskoeffecienter varierer meget afhængigt af materialerne, men den er mellem 0 og 1

Den dynamiske gnidningskoeffecient (under bevægelse)

• Stål imod stål 0,4 – 0,7
• Stål imod aluminium 0,5
• Stål imod kobber 0,2-0,3
• Stål imod teflon 0,04 – 0,22
• Stål imod is 0,02
• Ss imod is 0,015 (-12˚C)
• Skivoks imod sne 0,03
• Gummi imod beton 1

Variationsområdet er stort. I de fleste tilfælde kan smøring nedsætte gnidningen mange gange, så smør cyklen regelmæssigt!

Ved rullemodstand betyder gnidningen mindre (hvis et hjul skal rulle, skal der være lidt gnidning, ellers glider det uden at rulle. Alle der har bremset i islag, ved, at man ikke kan styre, hvis hjulet ikke ruller). Her er det overfladens jævnhed, og evt. hårdhed, der er vigtig. De fleste har set en billardkugle rulle hele bordlængden, næsten uden at tabe hastighed. Det tab der er, skyldes i hovedsagen, at ballen trykker en bule i filten på bordet, dvs. den er i en dal, og ruller imod en bakke. En rulning er altså ikke specielt påvirkelig af gnidningskoeffecienten, men mere af hårdheden af materialerne - altså deformationen.

Det er også det der sker ved et fladt bil- eller cykelhjul. Man kommer hele tiden til at udføre det arbejde det er at deformere dækket, det er som at køre på en bakke. Ved at rulle, kan man altså mindske gnidningskraftens virkning betydeligt, når noget skal flyttes. Allerede i oldtiden flyttede man sten, skibe mm. på ruller, dvs. et antal runde stokke man stak ind foran det man flyttede, og tog bagved og flyttede frem igen.

 

 

Rullemodstanden i dag f.eks. på cykelhjul og bilhjul, skyldes naturligvis også en vis gnidning i hjullejerne. Selv med smøring er der betydelig forskel på moderne kuglelejehjul og gammeldages glidelejehjul, men en ikke ringe del af modstanden findes her. Ved brug af kuglelejer får man lavet gnidningen delvist om til en rulning inde i hjullejet, og får hjulet dermed til at løbe lettere.

Med venlig hilsen
Malte Olsen