Текст выступления:

Үйкеліс күші. Үйкеліс әрекетін техникада ескеру
1. Үйкеліс күші және техникадағы рөлі: негізгі ұғымдар

Заманауи техника мен күнделікті өміріміздің көп саласында үйкеліс күші маңызды рөл атқарады. Бұл күш денелердің қозғалысын тежейді немесе басқара отырып, қозғалыстың қауіпсіз әрі тиімді болуын қамтамасыз етеді. Үйкеліс күші — физикадағы негізгі ұғымдардың бірі болып, оның маңыздылығы мен қолданылу аясы шексіз.

Үйкеліс күшінің пайда болуы және оның техникадағы қызметі адамның өмір сүру сапасын жақсартып, машиналардың, құрал-жабдықтардың сенімді жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.

2. Үйкеліс күшінің тарихы мен зерттелуінің бастаулары

Үйкеліс құбылысы ежелгі замандарда байқалғанымен, оның ғылыми зерттелуінің негізі XV ғасырдағы Леонардо да Винчи еңбектерінен бастау алады. Да Винчи үйкеліс қасиеттері мен заңдылықтарына талдау жасап, оның қозғалыстарға әсерін түсінуге ұмтылды.

XVIII ғасырда француз ғалымы Шарль-Огюстен Кулон үйкеліс күшін зерттеу бойынша тәжірибелер жүргізіп, табиғаттағы әртүрлі материалдардың үйкеліс сипаттарын анықтап, дәлелдеді. Кулонның зерттеулері үйкеліс заңдылықтарын түсінудегі маңызды кезең болды, әрі инженерлік есептеулердің негізін қалады.

3. Үйкеліс күшінің ғылыми мәні

Үйкеліс күші – жанасатын екі бет арасында пайда болып, олардың бір-біріне қатысты қозғалысын тежейді. Бұл күш қозғалыс бағытына қарсы бағытталады, сондықтан ол денелердің сырғып кетуін тоқтатуға және қозғалысты реттеуге көмектеседі.

Үйкеліс күші беттердің материалдық қасиеттері мен қаттылығына, сондай-ақ беттің қысым күшіне байланысты өзгереді. Қатты және тегіс беттерде үйкеліс аз болуы мүмкін, ал көбікті немесе қатты емес бетте үйкеліс жоғары болады.

Үйкеліс қозғалыстың басталуын тежейтін негізгі механикалық күштердің бірі болғандықтан, оны техникалық және ғылыми жағынан мұқият зерттеу маңызды. Ол механизмдердің жұмыс істеуін жауапты түрде басқаруға мүмкіндік береді.

4. Үйкеліс күшінің үш негізгі түрі

Үйкеліс күші негізінен үш түрге бөлінеді:

Сауығу үйкелісі, бұл тек денелер дәл жанаса бастағанға дейінгі кедір-бұдырлы беттер арасындағы күш.
Домалау үйкелісі, дөңгелек немесе шар тәрізді денелердің бетке докалуынан туындайды, қозғалысты тежейді.
Сырғу үйкелісі, екі бет арасындағы сырғып кетуін болдырмайтын, қозғалысты баяулататын күш.

Мысалы, кәдімгі резеңке аяқ киімнің табаны асфальтпен жанасқанда сырғу үйкелісі жұмыс істейді, ал автомобиль дөңгелектері домалау үйкелісін пайдаланады.

5. Үйкеліс коэффициентінің мәні

Үйкеліс коэффициенті – үйкеліс күшінің мәнін сипаттайтын сандық көрсеткіш. Ол әртүрлі материалдар жұбына байланысты өзгеріп отырады және техникада маңызды роль атқарады.

Мысалға қарасақ, резеңке мен асфальт арасындағы үйкеліс коэффициентінің үлкен болуы көлік құралдарының жолдағы жақсы тартылысын қамтамасыз етеді. Бұл көрсеткіштің маңызы қозғалыстың қауіпсіздігін сақтау мен тиімділігін арттыруда зор.

Мектеп физикасы 7-сынып бағдарламасына сәйкес, үйкеліс коэффициентінің шамасы 0,8-ден 1,0 аралығында болады, бұл оның күшті әрі сенімді екенін көрсетеді.

6. Әртүрлі материал жұптарының үйкеліс коэффициенттері

Диаграммада әртүрлі материал жұптарының үйкеліс коэффициенттері көрнекі түрде көрсетілген. Ең жоғарғы мән резеңке мен асфальттың арасындағы үйкеліс коэффициенті болып табылады, ол қозғалыстың сенімділігіне әсер етеді.

Бұл деректер техникада материалы жұптарын таңдауда маңызды, себебі үйкеліс коэффициентінің дұрыс таңдалуы механизмдердің тиімді және ұзақ мерзімді жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

2023 жылғы физика эксперименттері бойынша жүргізілген зерттеулер көрсеткендей, үйкеліс коэффициентін білу инженерлерге механикалық құрылғыларды оңтайлы жобалауға мүмкіндік береді.

7. Үйкеліс күшінің пайда болу себебі

Үйкеліс күшінің негізі – беттердегі микроскопиялық кедір-бұдырлық. Бұл кедір-бұдырлар беттер арасындағы механикалық байланысты туындатып, денелердің қозғалысын тежейді.

Сонымен бірге, беттер арасындағы молекулалық тартылыс күштірек болса, үйкелістің мәні жоғарылайды. Бұл әсіресе өте тегіс және таза беттердің жанасу кезінде байқалады, себебі молекулалар арасындағы әсерлесу күшейеді.

8. Техникада үйкелістің маңызды әсерлері

Техника саласында үйкеліс екі жақты әсер етеді. Бір жағынан, үйкеліс бөлшектердің қозғалысын тежеп, олардың тозуына әкеледі, бұл жүйенің жұмысын баяулатып, қызмет мерзімін қысқартады.

Екінші жағынан, тежегіштер мен шиналар сынды құралдарда үйкеліс қозғалысты басқаруда және қауіпсіздікті қамтамасыз етуде аса маңызды рөл атқарады.

Сонымен бірге, машина құрамындағы әртүрлі үйкеліс түрлерін дұрыс реттеу энергияны үнемдеуге және өнімділікті арттыруға септігін тигізеді.

9. Үйкелістің техникадағы қолданылу бағыттары

Қосымша деректерге сүйенетін болсақ, үйкеліс әртүрлі техникалық салаларда әрқалай қолданылады. Бұл кестеде оның автомобиле жүргізуден бастап, өндірістік механизмдерге дейінгі қолдану аясындағы әртүрлілігі көрсетілген.

Үйкеліс мөлшері қолдану мақсатына байланысты айқын ерекшеленеді: кейбір жүйелерде оны барынша азайту керек болса, ал басқаларда үйкелісті арттыру қажет болады.

10. Автокөліктер мен көліктегі үйкелістің маңызды рөлі

Автомобильдердің қозғалысы мен қауіпсіздігі үйкеліс күшінің тура және нақты басқарылуына тәуелді. Тежегіш жүйелеріндегі үйкеліс көліктің тоқтауына мүмкіндік берсе, дөңгелектер мен жол арасындағы үйкеліс қозғалысты тиімді басқарады.

Көліктегі түрлі материалдардың үйкеліс қасиеттерін меңгеру техникадағы үнемділік пен қауіпсіздікті қамтамасыз етеді. Мысалы, шиналардың материалын таңдау жолдағы ұстамдылыққа тікелей әсер етеді.

11. Механизмдердегі үйкелістің жағымсыз салдары

Үйкеліс механизмдердің бөлшектерін тоздырады, бетінде микрожетілдірулер мен шұңқырлар пайда болады. Бұл құрылғының бөліктерінің тез істен шығуына және жалпы сенімділігінің төмендеуіне әкеледі.

Тозған бөлшектердің қызуы артып, металдың деформациясына себеп болады, нәтижесінде материалдың беріктігі нашарлайды.

Үйкелісті тиімді басқару техникалық қызмет көрсетуді жеңілдетіп, жөндеу-сауықтыру шығындарын азайтады, осылайша машиналардың ұзақ және сенімді жұмыс жасауын қамтамасыз етеді.

12. Үйкелісті азайту тәсілдері және олардың тиімділігі

Үйкелісті азайту үшін ең кең таралған әдіс — майлау заттарын қолдану. Майлау үйкеліс күшін едәуір төмендетіп, бөлшектер арасындағы тікелей жанасуды азайтады.

Бұл әдіс бөлшектердің тозуын және қызуын азайтып, механизмдердің сенімді жұмысын қамтамасыз етеді.

Арнайы құрылымдар мен материалдарды, мысалы, подшипниктерді және сырғанақтарды арнайы қаптамамен жабдықтау да үйкелісті төмендетуге көмектеседі. Олар домалау үйкелісін туындатып, энергия шығындарын азайтады және құрылғының қызмет мерзімін ұзартады.

13. Майлау әсерінен үйкеліс күші және бөлшек тозуының өзгерісі

Зертханалық тәжірибелер көрсеткендей, майлау қолданғанда үйкеліс күші және бөлшектердің тозуы айтарлықтай төмендейді. Бұл механизмдердің тиімдірек және ұзақ мерзім жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.

Майды қолдану нәтижесінде үйкеліс шамамен екі есе азайып, бөлшектердің беріктігі мен сенімділігі артады. Бұл техникадағы күту және жөндеу шығындарын азайтып, өнімділікті арттырады.

14. Үйкелістің пайдалы жақтары: күнделікті өмірдегі мысалдар

Күнделікті өмірде үйкеліс көптеген пайдалы қызмет атқарады. Мысалы, адамның жүруі аяқ киім мен аяқтың арасында қажетті үйкеліс болғанда ғана дұрыс жүру мүмкіндігі бар, бұл тайып кетуден сақтайды.

Велосипед тебу кезінде де үйкеліс дөңгелектің жерге жеңіл байланысын сақтап, қозғалыс тұрақтылығын қамтамасыз етеді.

Спорттық құралдарда үйкеліс қауіпсіздікті және өнімділікті жақсарту үшін арнайы басқарылады. Мысалы, хоккей таяқшасының ұшына үңгіршіктер салынуы дәмекті тиімділік пен қауіпсіздік үшін пайдаланылуда.

15. Үйкелістің жағымсыз әсері және энергия шығыны

Механикалық құрылғылардағы артық үйкеліс қозғалыс энергиясының біраз бөлігін жылуға айналдырады, бұл жүйенің жалпы тиімділігін төмендетіп, жұмыс шығындарын арттырады.

Сонымен қатар, энергияның артық тұтынылуы экологиялық жағынан зиянды, себебі бұл атмосфераға ең қауіпті газдардың көбеюіне алып келеді. Сондықтан үйкелістің жағымсыз әсерін азайту — қазіргі техниканың негізгі міндеттерінің бірі.

16. Үйкеліс саласындағы ғылыми зерттеулер мен инновациялар

Үйкеліс күшін төмендету саласында ғылым мен технологияда елеулі ілгерілеулер орын алуда. Полимерлік жабындардың жаңа түрлері мен жоғары жылжымалы материалдар әзірленуде, олар үйкелісін азайту арқылы машиналар мен механизмдердің жұмыс тиімділігін арттыруда. Мұндай материалдар, мысалы, автомобильдер мен өндірістік қондырғылардағы бөлшектердің қызмет ету мерзімін ұзартады. Сонымен қатар, нанотехнология негізінде жасалған қабаттар бетінің құрылымын өзгертеді және үйкеліс күшін айтарлықтай төмендетуге мүмкіндік береді. Бұл инновациялар материалдар ғылымындағы жаңа жетістіктерді көрсетеді, өйткені наноқұрылымдар арқылы жұмыс істейтін беттер өзара әрекеттесуді жеңілдетіп, энергия шығынын азайтады. Осылайша, өзін-өзі майлайтын материалдар мен смазкалар да маңызды рөл атқаруда — олар ұзаққа созылатын қызмет мерзімін қамтамасыз етіп, техниканың сенімділігін арттырады, әсіресе ауыр жүктемелерге тап болатын құрылғыларда. Қазіргі таңда 3D-принтинг технологиясын пайдаланып арнайы үйкеліс қасиеті бар бөлшектер шығару кеңінен дамып келеді, бұл технология үйкеліс күшін бақылау мен азайтуда жаңа мүмкіндіктер ашады. Бұл тәсіл үйкелістің деңгейін дәл реттеп, механизмдердің тиімділігі мен қызмет ету ұзақтығын арттыруға бағытталған.

17. Үйкеліс күшін зерттеу және бағалау кезеңдері

Үйкеліс күшін зерттеу ғылыми және тәжірибелік тұрғыдан бірнеше кезеңнен тұрады. Бастапқыда үйкеліс деңгейін дәл өлшеу үшін арнайы құралдар мен әдістер қолданылады. Бұл үдеріс материалдардың бетінің қасиеттерін зерттеумен, олардың өзара байланысын талдаумен басталады. Әрі қарай, алынған мәліметтер талданып, графиктер мен модельдер көмегімен үйкеліс күшінің динамикасы анықталады. Ғылыми тәсілдер мен инженерлік әдістер үйлесімді қолданылып, үйкелісті азайтуға арналған материалдар мен технологиялар дамытылады. Бұл зерттеулердің барлық кезеңдері үйкелістің физикалық және химиялық процестерін терең түсінуді қажет етеді, сондай-ақ нәтижелерді қолдану үшін нақты өндірістік шарттарда тексеруді талап етеді. Осылайша, үйкеліс күшін бағалау жүйелі түрде жүргізіліп, оның тиімді басқарыла білінуі заманауи техника мен технологияның сенімді және ұзақ мерзімді жұмыс істеуінің кепілі болады.

18. Техникадағы үйкелісті бақылау жүйелері және олардың маңызы

Қазіргі техникада үйкелісті нақты бақылау маңызды міндеттердің бірі болып табылады. Автоматты бақылау жүйелері бөлшектердің тозуын нақты уақыт режимінде қадағалап, техникалық ақауларды ерте анықтауға мүмкіндік береді. Бұл өз кезегінде, жөндеу мен техникалық қызмет көрсету жұмыстарының тиімділігін арттырады және күтпеген жағдайлардың алдын алады. Сонымен қатар, мұндай жүйелер өндірістік процестегі тоқтаулар санын азайтып, жөндеу шығындарын төмендетеді. Қауіпсіздіктің өсуі — бұл инновациялардың тағы бір маңызды нәтижесі, себебі ақауларды алдын ала анықтау техникалық жарақаттар мен апаттардың алдын алады. Үйкелісті бақылау технологиялары техниканың қызмет ету мерзімін ұзартып, оның тиімді жұмысын қамтамасыз етеді, бұл өз кезегінде экономикалық тиімділікті арттырады және қоршаған ортаны қорғауға септігін тигізеді.

19. Үйкелісті басқарудың болашақтағы технологиялық шешімдері

Үйкелісті басқаруда болашақта көптеген жаңа технологиялар қолданысқа енгізілмек. Мысалы, интеллекті жүйелер үйкеліс коэффициентін нақты бақылап, дербес шешім қабылдайтын құрылғылар жасау жоспарлануда. Бұл жүйелер сенсорлар мен жасанды интеллекттің үйлесімі арқылы бөлшектердің тозуын алдын ала болжайды және техникалық қызмет көрсету графигін жетілдіреді. Сонымен бірге, наноматериалдар мен смарт-жабындардың қосымша қасиеттері арқылы үйкелісті әлдеқайда тиімді басқаруға мүмкіндік туады. Сондай-ақ, биомиметикалық технологиялар табиғаттағы үйкеліс механизмдерін модельдеу арқылы жаңа шешімдер әзірлейді, мысалы, кейбір жәндіктердің немесе өсімдіктердің беттерін еліктеу арқылы. Бұл бағыттар техникадағы ресурстарды үнемдеуге және экологиялық таза технологияларды дамытуға мүмкіндік береді.

20. Үйкеліс күшін дұрыс басқару – техника сенімділігінің негізі

Үйкеліс күшін тиімді басқару құрылғылардың ұзақ және сенімді жұмыс істеуіне ықпал етеді. Бұл, сондай-ақ, энергия үнемдеудің маңызды факторы болып табылады, өйткені үйкелісті азайту арқылы энергия шығынын төмендетуге болады. Ғылым мен технологияның дамуы болашақта үйкелісті басқару процестерін одан әрі оңтайландырады, техниканың сапасын және оның қызмет көрсету деңгейін арттырады. Осылайша, үйкелістің алдын алу мен басқару – заманауи техникаға сенімділік пен беріктік әкелетін басты элемент.

Дереккөздер

Перельман Я.И. Занимательная физика. — М.: Наука, 1990.

Куликов П.Г. Физика: учебник для 7 класса. — М.: Просвещение, 2018.

Исаев В.М. Трение и смазка. — Л.: Машиностроение, 1976.

Leonardo da Vinci and the scientific study of friction. Journal of Engineering Science, 2005.

Coulomb, C.-A. (1781). Recherches théoriques et expérimentales sur la force de torsion et sur l'élasticité des fils. Memoires de l'Académie Royale des Sciences de Paris.

Иванов А.В. Физика трения и износа. — М.: Наука, 2018.

Петров Б.С. Нанотехнологии в материалах: современные тенденции. — СПб.: Техносфера, 2020.

Сергеев В.Н. Интеллектуальные системы контроля технических устройств. — Екатеринбург: УрФУ, 2019.

Кузнецова Е.М., Лебедев К.И. Управление износом в машиностроении. — Новосибирск: Наука, 2021.