Jebkurš kontakts starp diviem ķermeņiem rada berzes spēku. Šajā gadījumā nav nozīmes tam, kādā vielas agregātstāvoklī atrodas ķermeņi, vai tie pārvietojas viens pret otru vai atrodas miera stāvoklī. Šajā rakstā mēs īsumā apskatīsim, kādi berzes veidi pastāv dabā un tehnoloģijā.
Atpūtas berze
Daudziem var šķist dīvaina doma, ka ķermeņu berze pastāv pat tad, kad tie atrodas miera stāvoklī viens pret otru. Turklāt šis berzes spēks ir lielākais spēks starp citiem veidiem. Tas izpaužas, kad mēs cenšamies pārvietot jebkuru objektu. Tas var būt koka klucis, akmens vai pat ritenis.
Statiskā berzes spēka pastāvēšanas iemesls ir nelīdzenumi uz saskares virsmām, kas mehāniski mijiedarbojas savā starpā saskaņā ar pīķa siles principu.
Statiskās berzes spēku aprēķina, izmantojot šādu formulu:
Ft1=µtN
Šeit N ir atbalsta reakcija, ar kuru virsma iedarbojas uz ķermeni gar normālu. Parametrs µt ir berzes koeficients. Tas ir atkarīgs nosaskarē esošo virsmu materiāls, šo virsmu apstrādes kvalitāte, temperatūra un daži citi faktori.
Rakstītā formula parāda, ka statiskās berzes spēks nav atkarīgs no kontakta laukuma. Ft1 izteiksme ļauj aprēķināt tā saukto maksimālo spēku. Vairākos praktiskos gadījumos Ft1 nav maksimālais. Pēc lieluma tas vienmēr ir vienāds ar ārējo spēku, kas cenšas izvest ķermeni no miera stāvokļa.
Atpūtas berzei ir svarīga loma dzīvē. Pateicoties tam, mēs varam pārvietoties pa zemi, atstumjoties no tās ar kāju zolēm, neslīdot. Jebkuri ķermeņi, kas atrodas plaknēs, kas ir slīpi pret horizontu, neslīd no tiem spēka Ft1.
Berze slīdēšanas laikā
Cits cilvēkam svarīgs berzes veids izpaužas, kad viens ķermenis slīd pāri cita virsmai. Šī berze rodas tāda paša fiziska iemesla dēļ kā statiskā berze. Turklāt viņa spēks tiek aprēķināts, izmantojot līdzīgu formulu.
Ft2=µkN
Vienīgā atšķirība no iepriekšējās formulas ir dažādu koeficientu izmantošana slīdēšanas berzei µk. Koeficienti µk vienmēr ir mazāki par līdzīgiem statiskās berzes parametriem vienam un tam pašam berzes virsmu pārim. Praksē šis fakts izpaužas šādi: pakāpeniska ārējā spēka palielināšanās noved pie Ft1 vērtības palielināšanās, līdz tā sasniedz maksimālo vērtību. Pēc tam viņastrauji pazeminās par vairākiem desmitiem procentu līdz vērtībai Ft2 un tiek saglabāta nemainīga ķermeņa kustības laikā.
Koeficients µk ir atkarīgs no tiem pašiem faktoriem kā statiskās berzes parametrs µt. Slīdes berzes spēks Ft2 praktiski nav atkarīgs no ķermeņu kustības ātruma. Tikai lielā ātrumā tas kļūst manāms samazinājums.
Slīdošās berzes nozīmi cilvēka dzīvē var redzēt tādos piemēros kā slēpošana vai slidošana. Šajos gadījumos koeficients µk tiek samazināts, pārveidojot berzes virsmas. Gluži pretēji, ceļu kaisīšanas ar sāli un smiltīm mērķis ir palielināt koeficientu µk un µt.
Ritošā berze
Šis ir viens no svarīgākajiem berzes veidiem mūsdienu tehnoloģiju funkcionēšanai. Tas atrodas gultņu rotācijas un transportlīdzekļu riteņu kustības laikā. Atšķirībā no slīdēšanas un atpūtas berzes, rites berze rodas riteņa deformācijas dēļ kustības laikā. Šī deformācija, kas rodas elastīgajā reģionā, izkliedē enerģiju histerēzes rezultātā, kas izpaužas kā berzes spēks kustības laikā.
Maksimālā rites berzes spēka aprēķins tiek veikts pēc formulas:
Ft3=d/RN
Tas ir, spēks Ft3, kā spēki Ft1 un Ft2 ir tieši proporcionāls atbalsta reakcijai. Tomēr tas ir atkarīgs arī no saskarē esošo materiālu cietības un riteņa rādiusa R. Vērtībad sauc par rites pretestības koeficientu. Atšķirībā no koeficientiem µk un µt, d ir garuma dimensija.
Parasti bezdimensiju attiecība d/R izrādās par 1-2 kārtām mazāka par vērtību µk. Tas nozīmē, ka ķermeņu kustība ar ripošanas palīdzību ir enerģētiski daudz labvēlīgāka nekā ar slīdēšanu. Tāpēc rites berze tiek izmantota visās mehānismu un mašīnu berzes virsmās.
Berzes leņķis
Visiem trīs iepriekš aprakstītajiem berzes izpausmju veidiem ir raksturīgs noteikts berzes spēks Ft, kas ir tieši proporcionāls N. Abi spēki ir vērsti taisnā leņķī viens pret otru.. Leņķi, kuru to vektora summa veido ar normālu pret virsmu, sauc par berzes leņķi. Lai saprastu tās nozīmi, izmantosim šo definīciju un uzrakstīsim to matemātiskā formā, iegūstam:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Tādējādi berzes leņķa θ pieskare ir vienāda ar berzes koeficientu k noteikta veida spēkam. Tas nozīmē, ka jo lielāks ir leņķis θ, jo lielāks ir pats berzes spēks.
Berze šķidrumos un gāzēs
Kad ciets ķermenis pārvietojas gāzveida vai šķidrā vidē, tas pastāvīgi saduras ar šīs vides daļiņām. Šīs sadursmes, ko pavada stingrā ķermeņa ātruma zudums, ir šķidro vielu berzes cēlonis.
Šis berzes veids ir ļoti atkarīgs no ātruma. Tātad pie salīdzinoši maziem ātrumiem berzes spēksizrādās tieši proporcionāls kustības ātrumam v, savukārt lielā ātrumā mēs runājam par proporcionalitāti v2.
Šai berzei ir daudz piemēru, sākot no laivu un kuģu kustības un beidzot ar lidmašīnu lidojumiem.
