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為什麽潤滑油可以減少零件之間的摩擦?

2014-05-16科學

這是個很有趣的問題,但我知道你們沒圖看不下去,所以我上圖圖圖圖圖圖圖!


按照謝耳朵提出的經典教學法,在我們可以討論任何潤滑相關的問題之前,我們首先要明白什麽是「潤滑」,「潤滑」之所以能夠「滑」的原因在哪裏。


各位同學請清空膀胱,隨我一起穿越那幾千年的光陰回到那個烈日下燥熱的古埃及

話說卡迪瑞克埃米爾是在古埃及第五王朝尼烏塞爾法老王統治下艱難求生的一名普普通通的石刻師。


「哦,天哪,這幫該死的大人們,看在神的份上!這不是一個人能完成的任務!」埃米爾嘟囔道,同時畏縮的看了看不遠處監工手中的鞭子,嘆了口氣。


「嘿,我的老夥計,」他看了看手中的錘子「看看我們今天幹了什麽,這真是藝術!這些愚蠢的像驢子一樣的監工才不會理解它們,天哪,我的作品會一直流傳下去的!」埃米爾激動了起來,癡癡的看著眼前這幾天來的成果

「嘿,是誰讓你偷懶的!」帶著嘯聲的一鞭襲來,其中竟隱隱蘊含了混沌鬥氣,勁風攪的周圍的空氣都隱隱卷曲,這一鞭之威竟恐怖如斯!


埃米爾面色驟變,這明明是軍方的精銳部隊-混亂之蛇中的人才能修習的特殊功法,在這法老王的墓中為何會有軍方的人?這其中恐是有變!念及於此埃米爾不躲反進,將錘子交到左手,順勢舉起既要架住這風雷一鞭,右手隱隱握成拳尋著間隙準備反攻。

然而他終究低估了被饑餓侵襲的身體狀況


轟!鞭子正中埃米爾的面門,一絲詭異的鬥氣順著他的鼻孔鉆入體內順勢一攪,體內似有千百個星辰寂滅,經脈於一瞬回歸宇宙奇異點混沌狀態!埃米爾!卒!!


「呸,渣滓,」監工輕啐一聲,眼中精光一閃「來人啊,把我帶來的人拉上來替他!」


「嘿,你們這些蟲子,好好幹活!小心我用靴子狠狠踢你們的屁股!我發誓我真的會這樣做的!」監工呼喝到


時間的車輪滾滾轉動,後世史學家統稱這一天為「血墓之日」,普遍認定埃米爾の石刻為後世一系列事件的開端。


原因就在那幅壁畫裏!

公元前2400年古埃及人已經掌握了像重物下傾倒「油」以達到減少摩擦系數方便位移的「潤滑」目的!這就是有記載的最早的「潤滑」學套用!


哎哎哎,別走啊同學,我好好說話!


言歸正傳,讓我們看看經過了幾千年的發展,現在的「潤滑」發展成了什麽樣子

提到「潤滑」,首先我們想到的一定是潤滑油了吧,小到我們小時候玩的四驅車大到我們長大後開的大汽車,無數的齒輪軸承都需要它們的維護才能正常穩定的運轉。


當然,作為一個傳承了幾千年的古老而又神秘的綜合學科,潤滑一詞怎可止步於此!

固態潤滑膜,尤其是表面加工中的包塗(coating),就像一位默默付出卻不敢表白的處女座少女,總是在你不註意的地方默默地付出。地板上打上一層蠟,螢幕上鍍上一層膜,可以使材料本身與空氣隔絕,減少因氧化或接觸空氣中的有害物質對材料造成的損害,達到延長材料使用壽命和美觀光潔的目的。 更重要的是其形成的鏡亮表面特別持久耐用,能防止洗滌劑、劃痕、滑擦等傷害。


能不能再給力點?


那麽就決定用你了,回來吧,固態潤滑!上吧!生物潤滑!

我們為什麽要用護發素呢?因為護發素中的潤滑劑成分在我們的發絲表面形成了一層膜,起到了分隔發絲的作用,這樣既可以避免發絲間摩擦造成的損傷,又可以 避免頭發粘連造成,使得頭發看起來又多又厚


我們為什麽用隔離霜護手霜呢?因為他們就像地板上的蠟一樣將皮膚與空氣隔開,減少氧化,避免與空氣中的有害物接觸。同時他也會發動身為一個潤滑劑的本身作用,讓你的小手小臉摸起來嫩嫩的滑滑噠


最後,我們萬能的潤滑劑還可以註射到你的身體裏代替不負責任的軟骨,讓你不僅可以小跑,還可以大跳了!


所以說,生活中我們離不開潤滑,但是這就說明我們真的懂潤滑了嗎?


潤滑的關鍵不在於「滑」,而是「分離」


要想理解如何讓潤滑起作用,我們首先要明白摩擦是如何產生的(舉例時間到!)

比如說我們有一個金屬板,你趴在邊上仔細看它,你也許會看到它表面是這樣的

恩,總體上來說還是個平坦的,摸起來還是滑滑噠


那麽把它放大點呢?

這啥啊,像得過青春痘的臉一樣坑坑窪窪的表面真的是剛才那個固體的表面嗎,它是卸妝了嗎?


我們繼續作的放大

這心電圖般的妖嬈曲線摸起來都該紮手了吧?


把它帶回平面看看我們滑滑的金屬板變成了什麽

好了,現在我們只能無奈的認識到,憑借人類現在的工藝水平還無法制造出絕對光滑的表面(向三體人致敬),那麽這些看起來光滑但是實際上坑窪不平的表面互相接觸起來會發生什麽呢?

從圖裏我們可以看出來,當這樣的兩個物體互相摩擦時,雙方的凸起會互相碰撞接觸,在這個過程中,二者相互運動的動能就轉化為了其他形式的能(比如碰撞時物體形變產生的內能),反映到宏觀上這就是因摩擦而引起的動能損失。當接觸物體的表面越不平整,碰撞發生的機率越大,那麽因摩擦造成的動能損失越多。


那麽這位同學問到了,這麽看來摩擦也沒有什麽大問題啊,我就是喜歡多用力去推他鍛煉我傲人的胸大中小肌肱二三四頭肌等三十二個肌不行嗎?


這裏又要提到摩擦所造成的磨損了,上面提到了凸起碰撞時產生動能轉化成的內能可以使物體溫度升高,這個瞬時升溫甚至可以達到融化金屬的程度,造成碰撞點的燒結粘連(通俗點就是把兩個點焊成一個整體了),那麽繼續強行運動會打破這種燒結並造成物體表面損毀甚至卡死。所以說胸大無腦是沒用的,還是好好學習吧!


那麽聰明的人類學霸又是如何解決的呢?


好好聽講你就知道是像埃及人那樣用一層切變強度低的介質分隔開兩個固體從而減少摩擦產生的直接凸起碰撞了


下面是說人話環節

舉個例子,我們有按圖中所示方向運動的一個球狀物和板狀物,隨著固體的運動黃色的潤滑油被卷入到接觸點中間,根據無處不在專註虐待莘莘學子100年的雷諾方程式畫出接觸點間壓力分布

我累個大擦上面的物體就這麽被液體產生的液壓墊起來了,好神奇有木有!


但是!到這一步就完美了嗎?廣大人民幾千年的智慧就這麽被這幾張圖總結了嗎?當然不是!


我們還有更多的圖….

請品嘗這道Stribeck曲線….

這裏又要引出潤滑界的另一位變態Dowson,堪稱處女座典範的此人和一些列人合作開發出了一串油膜厚度的計算公式,透過帶入油的粘度,卷入速度,固體的楊氏強度等亂七八糟一系列參數,從此量化了不同接觸情況下所能形成的油膜厚度,並被其他心機婊總結並編篡了上面的曲線圖。


假設綠色部份為吸入的油膜,點狀的為接觸固體,那麽我們就可以根據不同的油膜厚度分成了這三大區間:


邊界潤滑 – 形成的油膜厚度極薄,還存有大量凸起碰撞,接觸點間的正壓力還是主要由固體本身承擔,但是可以透過混入添加劑形成化學反應層大幅提升潤滑能力


混合潤滑 – 昵稱AA滑,油膜厚度可覆蓋部份凸起,因此正壓力由固體凸起和油膜共同承擔


流體動壓潤滑 – 固體間不產生接觸,完全被液體分開,但達到此情況所需的較高吸入速度會導致溫度升高和剪下變稀,反而會使提高摩擦系數稍稍上揚

題主:我tmd問個問題你哪來的那麽多廢話!

那我們現在再用你學到的知識來看看水到底是不是個好的潤滑劑


首先我們知道水是可以起到潤滑效果的,如圖

再瞧不起水下一個角力的就是你,哼


明確了水可以潤滑,那它可不可以替代傳統的潤滑油呢?


可你妹,你以為發明潤滑油的是傻子嗎?

原因有以下幾點,歡迎補充:

1. 水易揮發,不能久置於開放環境中限制了它的使用


2. 和傳統潤滑油這等由一坨坨碳氫分子組成的大分子量的怪物相比,清新脫俗的兩氫一氧簡直就是快要被餓死的軟妹子,這就註定了它不會對我們的固體小夥伴死纏爛打(粘度低),導致形成的水膜厚度也極低,完全不能有效分開接觸固體


3. 最後,水的結構決定了它不能混合潤滑油神器—添加劑,連這最後一步邁向優質潤滑油的機會也失去了,典型的出身決定一切,請節哀


綜上,小水同學也就靠趁你不註意的時候滑你一跤或者夥同基友肥皂泡趁你洗碗時偷偷把你手上的戒指滑掉來找找存在感了,想起來也是萌萌噠~


關於爬樹的問題,答主自幼不會輕功,手濕手幹都只能在樹底徘徊,感受不到題主的苦惱,實在惶恐。不過答主在家都是擦幹了手才能擰開罐頭的….


能看到這行字的同學,我敬你是條漢子!請在逍遙點贊榜上留下你的大名吧!