Номер 38.31, страница 144 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 38. Внутренняя энергия. Глава 6. Тепловые явления - номер 38.31, страница 144.

38.31 [939] Почему шариковые, роликовые и игольчатые подшипники у машин нагреваются меньше, чем подшипники скольжения?

Решение

Основная причина, по которой шариковые, роликовые и игольчатые подшипники нагреваются меньше, чем подшипники скольжения, заключается в разнице видов трения, возникающих в этих механизмах.

В подшипниках скольжения одна деталь (цапфа вала) скользит по поверхности другой (вкладыш подшипника). При этом возникает трение скольжения. Для его уменьшения используют смазочные материалы, но полностью избавиться от него невозможно.

В шариковых, роликовых и игольчатых подшипниках, которые являются подшипниками качения, трение скольжения заменяется на трение качения. Между подвижной и неподвижной частями подшипника расположены тела качения (шарики, ролики, иглы), которые катятся по специальным дорожкам.

Сила трения качения при тех же условиях (материалы, нагрузка) в десятки и сотни раз меньше силы трения скольжения. Работа, совершаемая силой трения, идет на выделение теплоты ($Q = A_{тр}$). Работа силы трения, в свою очередь, пропорциональна величине этой силы: $A_{тр} = F_{тр} \cdot s$. Поскольку сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения ($F_{тр. качения} \ll F_{тр. скольжения}$), то и работа, совершаемая против сил трения в подшипниках качения, будет намного меньше.

Соответственно, в шариковых, роликовых и игольчатых подшипниках выделяется значительно меньше теплоты, и поэтому они нагреваются в процессе работы гораздо слабее, чем подшипники скольжения.

Ответ: Шариковые, роликовые и игольчатые подшипники относятся к подшипникам качения, в которых трение скольжения заменено на трение качения. Сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения. Так как количество выделяемой теплоты при трении пропорционально работе силы трения, а работа, в свою очередь, пропорциональна самой силе, то в подшипниках качения выделяется гораздо меньше тепла, и они меньше нагреваются.