 | Нагревание при фрикционном трении |  |
Превращение механической энергии поступательного движения в тепловую при относительном движении твердых тел
Анимация Описание Эффект заключается в том, что при относительном движении твердых тел, имеющих контакт, происходит превращение кинетической энергии поступательного или вращательного движения во внутреннюю тепловую энергию беспорядочного движения микрочастиц поверхностных слоев трущихся пар. Теплота распространяется в поверхностном слое трущейся пары (от пятен контакта) в глубь контактирующих тел в виде температурных волн, амплитуда которых с увеличением глубины уменьшается. Чем выше скорость скольжения, тем на меньшую глубину распространяются температурные волны. Вместе с тем при возрастании шага неровностей на трущейся поверхности глубина распространения температурных волн в поверхностном слое увеличивается. Сложность расчета температурных полей контактирующих пар обуславливается теплоотдачей в окружающую среду с боковых стенок и трудностью определения граничных условий. Средняя температура Т нагрева поверхностного слоя при трении оценивается следующим эмпирическим соотношением:  ,
где d - коэффициент распределения теплоты между трущимися телами; f - коэффициент трения;  - давление контакта;
V - скорость скольжения; I - механический эквивалент теплоты; l - теплопроводность;  (a - коэффициент теплоотдачи поверхности; u - периметр сечения трущегося тела; Sс - площадь сечения трущегося тела; kn - коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментальным путем; r - плотность материала; а - коэффициент температуропроводности; lg - длина волны неровностей на трущейся поверхности).
Температурный градиент возникает на поверхностях контактирующих тел, поэтому для повышения эффективности отвода теплоты во многие известные композиционные материалы, используемые для изготовления трущихся элементов, вводится металлическая стружка. Временные характеристики Время инициации (log to от -1 до 3); Время существования (log tc от -3 до 9); Время деградации (log td от 1 до 3); Время оптимального проявления (log tk от 1 до 2). Диаграмма: 
Технические реализации эффекта Техническая реализация эффекта Выделение тепла в различных механизмах, имеющих трущиеся части, является сложной технической проблемой. С другой стороны приведем и противоположный пример использования выделения тепла при трении. Легкоплавкие металлы индий и гадолиний применяются в оригинальных вакуумных уплотнителях, разработанных Д. Орловым. При вращении вала металл, находящийся в зазоре, расплавляется за счет трения, но удерживается на месте под действием магнитного поля. Получается безызносное уплотнение, обладающее к тому же ничтожным трением. При остановке вала металл-герметик тут же затвердевает вновь, наглухо изолируя полость машины от внешней среды. В классическом опыте Джоуля по определению механического эквивалента теплоты измерялась теплота, выделяемая при продавливании воды через узкие трубки (рис. 1). Схема опыта Джоуля 
Рис. 1 Применение эффекта Выделение тепла в тормозных механизмах должно учитываться при создании соответствующих смазок. Актуальна специфическая проблема трения обшивки ледоколов о лед. Сварка трением, закалка изделий, ковка, приработка пары трения для подшипников скольжения и т.д. Проблемы связанные с трением изучаются в специальном разделе техники - трибологии. Литература  1. Физическая энциклопедия.- М.: Большая российская энциклопедия, 1998.- Т.5.- С.164-165.
2. Силин А.А. Трение и мы.- М.: Наука, 1987. |