Staattinen vs. liukukitka
Kun kahden kosketuksissa olevan pinnan välillä tapahtuu suhteellista liikettä tai yritys, liikettä vastustavia voimia syntyy. Yleensä näitä voimia kutsutaan kitkaksi. Kitkaa esiintyy kiinteiden pintojen, nestepintojen ja neste/kiinteiden pintojen välillä. Nesteen sisällä olevaa kitkaa kutsutaan viskositeetiksi. Tämän artikkelin keskustelu keskittyy pääasiassa kiinteisiin pintoihin vaikuttaviin kitkavoimiin.
Makroskooppisessa mittakaavassa kitkavoimat johtuvat kappaleiden epäsäännöllisistä pinnoista. Kun pienet pinnan epäsäännöllisyydet, kuten pinnan halkeamat ja ulkonemat, joutuvat suhteelliselle liikkeelle, ne estävät toistensa liikkeen muodostaen reaktiovoimia. On olemassa lakeja, jotka selittävät kitkavoimien käyttäytymisen.
1. Kun kaksi pintaa ovat kosketuksissa ja suhteellisessa liikkeessä tai yrittäessään tehdä niin, kosketuspisteessä vartaloon kohdistuva kitkavoima on vastakkainen kehon liikkeen suuntaan.
2. Jos kappaleisiin kohdistuvat kitkavoimat ovat juuri riittävät pitämään kappaleet tasapainossa, kitkavoimia kutsutaan rajoittaviksi kitkaksi ja kitkan suuruus voidaan selvittää tasapainotilan perusteella.
3. Rajoittavan kitkan suhde normaalireaktioon kahden pinnan välillä riippuu aineista, joista pinnat koostuvat, ja pintojen luonteesta, ei normaalin reaktion suuruudesta. Suhde tunnetaan kitkakertoimena.
4. Rajoittavan kitkan suuruus on riippumaton kahden pinnan kosketuspinta-alasta.
5. Liikkeessä kitkavoima on liikkeen suuntaa vastainen ja nopeudesta riippumaton. Kitkavoiman ja pintojen välisen normaalin reaktion välinen suhde pysyy vakiona ja hieman pienempi kuin rajoittava kitkatapaus.
Mikroskooppisesti kitkavoimien alkuperä johtuu molekyylien sähkömagneettisten kenttien välisistä hylkivistä voimista.
Mikä on staattinen kitka?
Kun keho on staattisessa (stationary) tilassa, kehoon vaikuttavat kitkavoimat tunnetaan staattisina kitkavoimina. Tässä tapauksessa kehoon vaikuttavien ulkoisten voimien vektorisumma on yhtä suuri kuin kitkavoimien suuruus, mutta suunn altaan vastakkainen; joten keho pysyy tasapainossa. Kitkavoimat kasvavat suhteessa kehoon vaikuttavaan ulkoiseen voimaan, kunnes se saavuttaa rajan ja alkaa liikkua. Suurin staattinen kitka on rajoittava kitka.
Kitka on riippumaton kahden pinnan kosketuspinta-alasta ja riippuu materiaalista ja rungon luonteesta. Kun tuloksena oleva ulkoinen voima ylittää rajoittavan kitkan, keho alkaa liikkua.
Mitä on liukuva (dynaaminen) kitka?
Kun keho on liikkeessä, kehoon vaikuttavat kitkavoimat tunnetaan dynaamisina kitkavoimina. Dynaaminen kitkavoima on riippumaton nopeudesta ja kiihtyvyydestä. Myös pintojen välisen kitkavoiman ja normaalivoiman välinen suhde pysyy vakiona, mutta hieman pienempänä kuin rajoittavan kitkan suhde.
Mitä eroa on staattisen kitkan ja liukuvan (dynaamisen) kitkan välillä?
• Staattinen kitkakerroin on hieman suurempi kuin dynaaminen kitkakerroin
• Staattinen kitka vaihtelee suhteessa ulkoisiin voimiin, kun taas liukuvat (dynaamiset) kitkavoimat pysyvät vakioina nopeudesta ja kiihtyvyydestä (ja tuloksena olevasta ulkoisesta voimasta) riippumatta.
