Väliaineen vastus ja kitka

Kitka ja väliaineen vastus

Väliaineella tarkoitetaan ainetta, jossa jokin kappale liikkuu (esim. ilma tai vesi)
Väliaineen vastus riippuu mm. liikkuvan kappaleen nopeudesta, muodosta ja väliaineen tiheydestä ja viskositeetista
- kappaleen muoto ja nopeus voivat aiheuttaa virtauksen muuttumisen turbulentiksi

(Form Drag = turbulenssin aiheuttama vastus, Skin friction = pinnan aiheuttama vastus, "molekyylien kitka")

Väliaineen vastuksen voi ajatella johtuvan väliaineen sisäisestä kitkasta (molekyylit hankautuvat toisiaan vasten)
- Liikkuva kappale joutuu työntämään väliaineen molekyylejä pois tieltään

Tiedämme jo, että eri massaiset kappaleet putoavat (kiihtyvät) yhtä nopeasti (kokeile vaikka!)
Ilmanvastus saattaa vaikuttaa kokeeseen, jos kappaleet ovat kovin eri muotoisia (toisella on suurempi poikkipinta-ala)

Ilmanvastus kasvaa nopeuden kasvaessa
- jossain vaiheessa ilmanvastus (voima) on yhtä suuri kuin kappaleen paino (voima)
- koska nämä voimat kohdistuvat eri suuntiin, ne voivat kumota toisensa, eikä kappaleen nopeus enää kasva (rajanopeus).

Kitka johtuu liukuvien pintojen epätasaisuudesta (oikeastaan kitka on hieman monimutkaisempi ilmiö, lue vaikka wikipediasta)
- Sileältäkin näyttävät kappaleet ovat mikroskoopilla tarkasteltuna epätasaisia

Kitkakerroin kuvaa kitkan suuruutta. Suurempi kitkakerroin -> suurempi kitka
- kitkakerroin määritellään ainepareille (liukuva kappale - pinta)
- kitkakerroin on pinnan tukivoiman N (= kappaleen paino) ja liikkeelle saavan voiman (F) suhde. Tällöin kitkakerroin ei riipu kappaleen massasta kuten pelkkä F! [[$$ \text{kitkakerroin }\mu = \frac{F}{N} $$]]

Lepokitka on suurempi kuin liikekitka
- liikekitka hidastaa pintojen liukumista, lepokitka estää sen.
- lepokitkan voi ajatella johtuvan siitä, että paikallaan olevien pintojen epätasaisuudet asettuvat "paremmin" kohdilleen. Liikkeessä kappale ei ehdi asettua vaan "pomppii kuoppien yli"

Kitkan vähentäminen
- pintojen hiominen (tasoittaminen)
- voiteluaineet
- laakerit

Vapaakappalekuva kitkavoimasta (wikipedia):
- W on kappaleen paino, N pinnan tukivoima
- F on kappaletta liikuttava voima ja F_f kitkavoima (kitkakerroin · tukivoima)

Vierimisvastus on oppikirjassa ja wikipediassa selitetty aika lyhyesti.
- Englanninkielisessä versiossa on aiheesta laajempi juttu.
Myös google-haku voi auttaa:
- vierimisvastus
- vierintävastus
Vierimisvastus hidastaa kappaleen vierimistä
- se aiheutuu pääasiassa renkaan ja pinnan muodonmuutokseen kuluvasta energiasta (joka vapautuu lämpönä)
Moottoripyöräilijän (auto, polkupyörä yms.) tapauksessa renkaan lepokitka on hyvä asia, koska se vastustaa renkaan sutimista
- vierimistä hidastaa vierimisvastus ja laakereiden kitka
  - (rullattavan pinnan epätasaisuus ja kaltevuus kuitenkin vaikuttavat luultavasti eniten)