Липкие подушечки - это фрикционные устройства, используемые для предотвращения скольжения предметов по поверхности, эффективно увеличивая трение между предметом и поверхностью.
Липкие подушечки используются для крепления предметов к гладкой поверхности, которая наклонена или движется, чтобы предметы, положенные на эту поверхность, могли смещаться из-за недостаточного трения при наклоне или движении поверхности. [1] Подушечка имеет большой коэффициент трения как с базовой поверхностью, так и с положенным на нее предметом, что предотвращает перемещение как липкой подушечки относительно поверхности, так и предметов, уложенных на подушку, от движения относительно подушки. Липкие прокладки обычно используются на приборных панелях автомобилей, где силы, вызванные ускорением транспортного средства, могут привести к тому, что предметы, размещенные на приборных панелях, соскользнут с гладкой поверхности приборной панели.
В отличие от застежек , липкие подушечки не прикрепляют предметы к поверхности. Они просто предотвращают скольжение предметов по поверхности до тех пор, пока не будет превышено пороговое значение угла ускорения или наклона. Для липких подушечек также обычно не используются клеи . Из-за этого они легко отделяются от поверхности, и для их выполнения им нужна сила тяжести. В частности, сила, действующая на объект, должна иметь составляющую, перпендикулярную поверхности и направленную к ней. Это отличается от ленты с присосками, где адгезия объекта достигается за счет микроскопических пузырьков на поверхности, которые функционируют как маленькие присоски. Липкие подушечки изготовлены из резиноподобных материалов. Это помогает рассеивать кинетическую энергию при вибрации базовой поверхности, так что объект на колодке сохраняет достаточно большую поверхность контакта с колодкой, а силы тангенциального трения предотвращают скольжение предметов относительно колодки.
Принцип действия
Хотя основные принципы липких подушек просты, физика может быть сложной из-за множества специфических и иногда противоречивых требований, возникающих при практическом использовании. Механизмы, используемые в материалах с высоким коэффициентом трения, выходят за рамки простого кулоновского трения . [2] [3] Они могут сочетаться с другими механизмами, такими как рассеяние энергии в вязких материалах или адгезия.
Вышеупомянутые требования создают множество проблем при проектировании. Чтобы хорошо работать на вибрирующих поверхностях, колодки обычно изготавливаются из мягких, похожих на резину материалов с очень высокими коэффициентами трения. Конструкции стремятся достичь определенного уровня адгезии (например, для использования на вертикальных или очень крутых поверхностях) без ущерба для легкого отсоединения и непрерывного использования без остатков. Некоторые приложения (например, приклеивание смартфонов или планшетов к вертикальной поверхности) требуют высокой степени надежности, чего трудно достичь без сильного прилипания к поверхностям.
Чтобы соответствовать требованиям, используются различные инновационные подходы и специально разработанные материалы. Некоторые конструкции применяют прилипание на основе вакуума в дополнение к высокому трению и мягкости (см., Например, микровсасывающие ленты ). [4] Другие разработки включают дизайн, который находит вдохновение в природе, особенно в животных, которые могут лазать по стенам и потолкам, например, гекконы, [5] [6] [7] [8] [9] различные виды насекомых [10] , квакши [11] или хамелеоны. [12]
Механизмы насекомых, которые могут взбираться на стены и потолки, помогают понять, как создавать поверхности с чрезвычайно высоким трением, которые не слишком прилипают к практическим применениям. [10] Способности гекконов были интенсивно изучены, чтобы выяснить, как приклеивание вертикальных стен или потолков можно соединить с возможностью легкого и быстрого отсоединения, что позволяет гекконам быстро перемещаться. [5] Было обнаружено, что сила Ван-дер-Ваальса, а не трение или адгезия, является наиболее важным механизмом, лежащим в основе способностей геккона. [6] Это означает, что искусственные конструкции, имитирующие лапы геккона, должны основываться на максимальном контакте поверхности между объектом и подушечкой, что менее практично в некоторых ситуациях, например, когда подушечки используются на неровных поверхностях или когда предметы кладут на подушку не иметь плоских поверхностей. С другой стороны, механизмы в лапах гекконов помогают создавать материалы с надежным прилипанием и легким отсоединением одновременно. [5] Механизмы, используемые у гекконов, древесных лягушек и некоторых насекомых, также были изучены на предмет самоочищения, что позволило бы искусственным материалам сохранить способность предотвращать скольжение после продолжительного использования в грязной среде. [10] [11]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Кэролин Shearlock (январь 2012). «Липкие подушечки» . Камбуз для лодок. Архивировано из оригинала на 2017-09-02 . Проверено 2 сентября 2017 .
- ^ Елена Лоредана Делади (2006). Статическое трение в резинометаллических контактах с приложением к процессу формования резиновых прокладок (PDF) (Диссертация). Университет Твенте. Архивировано из оригинального (PDF) на 2017-09-05 . Проверено 5 сентября 2017 .
- ^ Ульрика Петтерсон (2005). Дизайн поверхностей для высокого и низкого трения (PDF) (Диссертация). Уппсальский университет. Архивировано из оригинального (PDF) на 2017-09-05 . Проверено 5 сентября 2017 .
- ^ Озджанлы, Осман Джан (16 марта 2010 г.). «В поисках следующего плаката» . Forbes . Архивировано из оригинала на 2017-09-02 . Проверено 2 сентября 2017 .
- ^ а б в Цюань Сю, Иян Ван, Трэвис Шихао Ху, Тони Х. Лю, Дашуай Тао, Питер Х. Невяровски, Ю Тянь, Юэ Лю, Лиминг Дай, Яньцин Ян и Чжэньхай Ся (20 ноября 2015 г.). «Надежные возможности самоочистки и микроманипуляций шпателей гекконов и их биомиметиков» . Nature Communications. Архивировано из оригинала на 2017-09-05 . Проверено 5 сентября 2017 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ а б Мена Р. Клиттич, Майкл К. Уилсон, Крейг Бернард, Рошель М. Родриго, Остин Дж. Кейт, Питер Х. Невяровски и Али Диноджвала (13 марта 2017 г.). «Влияние модуля упругости субстрата на адгезию гекконов» . Природа. Архивировано из оригинала на 2017-09-05 . Проверено 5 сентября 2017 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ «Лента Геккона» . Стэнфордский университет. Архивировано из оригинала на 2017-09-05 . Проверено 5 сентября 2017 .
- ^ Ричард Блэк (1 июня 2003 г.). «Геккон вдохновляет липкой лентой» . BBC. Архивировано из оригинала на 2017-09-05 . Проверено 5 сентября 2017 .
- ^ АК ГЕЙМ, С.В. ДУБОНОС1, И.В. ГРИГОРЬЕВА, К.С. НОВОСЕЛОВ, А.А. ЖУКОВ, С.Ю. ШАПОВАЛ (1 июня 2003 г.). "Микросхема клея, имитирующая волосы на ногах геккона" (PDF) . Материалы природы . 2 (7): 461–463. DOI : 10.1038 / nmat917 . PMID 12776092 . Архивировано из оригинального (PDF) на 2017-09-05 . Проверено 5 сентября 2017 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ а б в «Как палочники оттачивают трение, чтобы не прилипать» . Новости Phys.org . Phys.org. 19 февраля, 2014. Архивировано из оригинала на 2017-09-05 . Проверено 5 сентября 2017 .
- ^ а б «Лягушачьи лапки могут решить липкую проблему» . Новости Phys.org . Phys.org. 3 июля 2011 . Проверено 5 сентября 2017 .
- ^ Марлен Спиннер, Гвидо Вестхофф и Станислав Н. Горб. «Субпальцевые щетинки лап хамелеона: микроструктуры, улучшающие трение для широкого диапазона шероховатостей субстрата» . Природа. Архивировано из оригинала на 2017-09-05 . Проверено 5 сентября 2017 .