Wrijving

TERUGHome.html
Wrijving

Wrijving

Als je koude handen hebt, kun je in je handen wrijven om ze iets warmer te krijgen. Wat er eigenlijk gebeurt, is dat er op de twee grenzende lagen (je beide handen, dus) een wrijvingsweerstand ontstaat. Die wrijvingstoestand voelt je omdat het wat energie kost om de handen over elkaar te kunnen wrijven én er ontstaat warmte.


Wrijving zijn de weerstandskrachten die zich voordoen bij het contactvlak van twee aan elkaar grenzende lagen en die de onderlinge beweging daarvan tegenwerken. Andere voorbeelden van wrijving zijn: het rijden met een auto of fiets over een weg; remmen met een voertuig. De ene keer is wrijving wenselijk (bijv. bij het afremmen), de andere keer is het niet zo prettig (bijv. in een machine moet alles soepel lopen met zo min mogelijk weerstand).


Deze wrijvingskracht is de optelling (resultante) van alle werkende kracht op dat moment. Bijvoorbeeld met het in je handen wrijven: je hebt de twee kracht waarmee je je beide handen over elkaar wrijft, de zwaartekracht én de kracht waarmee je je handen omhoog houdt.


Wrijving tussen verschillende soorten lagen heet uitwendige wrijving en wrijving tussen lagen met dezelfde samenstelling heet inwendige wrijving.

Figuur 1a Wrijvingsweerstand t.g.v. de ruwheid van de oppervlakken

Hier zie je een voorbeeld van wrijving door ruwheid van twee lagen. De bovenste laag zou een autoband kunnen zijn en de onderste laag de weg. Door de wrijving is mogelijk om te kunnen rijden op een weg, maar aan de andere kant slijten de autoband en de weg er wel door. (Het is onmogelijk om op een ijsplaat met gewone banden te rijden.)

Figuur 1b Bandenslijtage t.g.v. de ruwheid van het wegdek

Je kunt wrijving verminderen door bijvoorbeeld (glij)lagers in assen van wielen te doen. Of door de oppervlakten te polijsten zodat ze minder puntig worden (fig 1a). De wrijving die we tot nu besproken hebben, wordt veroorzaakt door de zgn. macroscopische krachten. Macroscopische krachten zijn de krachten tussen voorwerpen. De tegenhanger zijn de moleculaire krachten. Deze krachten zijn de krachten tussen de moleculen. Zie figuur 2. Hier zie je dat de twee lagen helemaal glad zijn; er is dus géén wrijving (dit is een hypotetische situatie, eigenlijk is de wrijving minimaal), er is dus geen macroschopische wrijving! Er is echter wel sprake van moleculaire wrijving, die ontstaat doordat de moleculen van de verschillende lagen elkaar aantrekken. De moleculen zijn de bolletjes in figuur 2.

Figuur 2 Wrijvingsweerstand t.g.v. de moleculaire aantrekkingskrachten tussen de gladde oppervlak

Figuur 3 Verlaging van de wrijvingsweerstand

Je kunt met polijsten van de twee lagen kun je de wrijving verlagen, als je de twee lagen (ook nog) smeert met een smeermiddel (bijv. olie) verlaagt de wrijving nog meer. Dat zie je in figuur 3. Dat verlagen met olie is heel handig is een machine of een motor.

Figuur 4 Weerstand en krachten bij het schaatsen

In figuur 4 zie je een schaats van een schaatser die lekker aan het schaatsen is. IJs is vele malen gladder dan een wegdek, dus kun je zeggen dat de wrijving op ijs dus ook vele malen lager (tot verwaarloosbaar). Daarom kun je niet op een wegdek schaatsen. En dáárom kun je ook niet (met gewone banden) op een laag ijs rijden met je auto of fiets.

Wat gebeurt er bij het schaatsen? De schaatser heeft een massa en drukt daarmee op de schaats én de ijslaag; dat is de groene kracht G. De schaats heeft maar een klein contactoppervlak, gevolg is dat de druk heel groot is op het glijvlak van de schaats. Daar smelt het ijs. De schaatser met schaats staat dus op water i.p.v. ijs. Dit water is het smeermiddel voor de schaatser om lekker te kunnen schaatsen. Door het smeermiddel (hier water) is de wrijving minimaal tot verwaarloosbaar. Er is alleen wel moleculaire wrijving, maar die is ook niet erg groot over het algemeen.

Voor het overwinnen van de wrijvingskracht is energie nodig. Deze energie laat zich bijna altijd zien als warmte-energie. Als je in je handen wrijft worden ze warm. Je kunt namelijk met een stuk hout, een stokje, en droog gras (en veel geduld)

vuur maken; zie figuur 5a, hier links. Door de draaing van het stokje op het stuk hout ontstaat er door de wrijvingskrachten warmte, die bijvoorbeeld droog gras of mos in brand kan doen gaan.

Figuur 5a Vuur met een stuk hout en een stokje

Figuur 5b Rem van een voertuig

Een mooi effect van wrijving is dat het een voertuig kan afremmen, dat is heel handig. Dat heet de remmende werking van wrijving. Deze remmende wrijving kan zowel nuttig als lastig zijn. Deze remmende werking moet zo laag mogelijk zijn als het doel is om een beweging in stand te houden; bijvoorbeeld in een (auto)motor. Echter als je wilt

remmen terwijl je met een voertuig rijdt is dat superhandig. Dan moet de wrijvingskracht weer verhoogd worden. Je weet dat je de wrijvingskrachten met een smeermiddel (olie, water) kunt verlagen, maar je kunt ze verhogen door met de remvoering (de rode stukken in figuur 5b) tegen het wiel te drukken. De remvoering wordt tegen het wiel (fig. 5b)

gedrukt zoals je ziet. Er ontstaat wrijving. De bewegingsenergie van het voertuig wordt omgezet in warmte energie, of in gewoon Nederlands het voertuig gaat minder hard rijden en de remmen worden warmer. In figuur 5c zie je het principe van een schijfrem. Op de as zit een schijf; dat is het zwarte geval op de as. De rode remvoering drukt in de drukrichting op de zwarte schijf, waardoor deze vertraagt. De schijf zit vast aan de as, dus de as vertraagt ook.

Figuur 5c Schijfrem

Figuur 6a Wrijvingsweerstand R > Afzetkracht K

Figuur 6b Wrijvingsweerstand R < Afzetkracht K

Ook bij het lopen van een mens of een dier speelt wrijving een belangrijke rol. In figuur 6a (hier rechts) zie je iemand lopen en die persoon zet net zijn schoen op de stoep. De wrijvingskracht R is veel groter dan de afzetkracht K, dus de schoen glijdt niet naar achter en deze persoon loopt gewoon door.

Nu (figuur 6b) ligt er olie op de stoep (óf sneeuw of ijs!). De wrijvingskracht R is veel kleiner dan de afzetkracht K, dus de schoen glijdt naar achteren. Deze persoon glijdt dus uit!

Zonder wrijving zouden we ook geen spijkers of schroeven kunnen gebruiken. In figuur 7a zie je hoe de krachten op een schroef inwerken (de schroef zit in een stuk hout). Door de wrijvingskracht (wrijvingsweerstand) blijft de schroef zitten en houdt de schroef het keukenkastje bijeen.

Figuur 7a Werking van een schroef

Figuur 7b Werking van een spijker

Hier in figuur 7b (links!) zie je een spijker in een stuk hout. De elastische krachten drukken op de spijker. De spijker kan er niet uitvallen, want de wrijvingsweerstand, dus de wrijvingskracht, houdt de spijker waar hij is.

Figuur 8

Hierboven in figuur 8, zie je de koppeling van een auto of ander voertuig. Als de auto in de „vrij“ staat, dus in de neutrale stand, wordt de aangedreven as niet op de aandrijfas gedrukt. De aangedreven as kan dus draaien wat ie wil, maar de aandrijfas zal niet gaan draaien.

Als je nu de aangedreven as op de aandrijfas drukt (door te schakelen), dan raken de koppelingsplaten elkaar én dus ook de rode remvoeringen. Door de ontstane wrijvingskrachten kan de aandrijfas ook gaan draaien, dus wielen draaien en de auto rijdt. Zou er geen wrijving zijn, dan zouden de koppelingsplaten over elkaar draaien zonder dat de aandrijfas mee draait.

Verder wrijving2.html

Bij wrijving ontstaat niet alleen warmte(energie), namelijk ook elektrische energie en akoestische energie (= geluid). Klik hieronder om dat te lezen!