Շփում (ֆիզիկա)

300x150px|thumb|Մակերևույթների անհարթությունների շփում առաջացնելու երևույթի ցուցադրում
**Շփում**, հպվող մարմինների մեխանիկական ազդեցություն, որը տեղի է ունենում մարմինների հպվող մակերևույթների հարաբերական շարժման (արտաքին շփում) կամ հեղուկների, գազերի ու դեֆորմացվող մարմինների ներքին զուգահեռ շերտերի փոխադարձ տեղաշարժի ժամանակ (ներքին շփում կամ մածուցիկություն)։

Սովորաբար շփում ասելով ի նկատի են ունենում արտաքին շփումը։

Շփումը հիմնականում էլեկտրոնային բնույթ ունի, եթե նյութը գտնվում է նորմալ վիճակում։ Գերհաղորդիչ վիճակում, կրիտիկական ջերմաստիճանից հեռու պայմաններում, շփման հիմնական աղբյուր են հանդիսանում ֆոնոնները, իսկ շփման գործակիցը փոքրանում է մի քանի անգամ։

Շփման գործընթացների ուսումնասիրությամբ զբաղվում է ֆիզիկայի բաժինը, որը կոչվում է շփումային փոխազդեցությունների մեխանիկա կամ տրիբոլոգիա (շփագիտություն)։

## Շփման ուժ
Շփման ուժն առաջանում է երկու հպվող մարմինների հարաբերական շարժման ժամանակ և խոչընդոտում է նրանց շարժումը։ Շփման առաջացման պատճառը մակերևույթների խորդուբորդություններն են և մոլեկուլների փոխազդեցությունը։ Շփման ուժը կախված է նյութի տեսակից և նրանից, թե մարմիններ միմյանց ինչ ուժով են սեղմում։ Շփման պարզագույն մոդելներում (Կուլոնի օրենքը շփման համար) համարվում է, որ շփման ուժը ուղիղ համեմատական է շփվող մակերևույթների միջև նորմալ ռեակցիայի ուժին։ Ընդհանուր առմամբ, շփվող մարմինների փոխազդեցության գոտում տեղի ունեցող ֆիզիկաքիմիական գործընթացների բարդությամբ պայմանավորված՝ շփման գործընթացները սկզբունքորեն չեն ենթարկվում դասական մեխանիկայի պարզ մոդելների նկարագրությանը։
right|200px|thumb|Ազատ մարմնի դիագրամ՝ թեքահարթակի վրա գտնվող բլոկի համար: I և J վեկտորներ են, որոնք նշում են ուժերի ուղղությունները և մեծությունները: N-ն նորմալճնշման ուժն է, mg-ն ծանրության ուժն է, իսկ Ff-ն `շփման ուժը:

### Շփման ուժի տեսակներ
Շփման ուժերը բաժանվում են չորս տեսակների․
***Սահքի շփման ուժ**, առաջանում է հպվող մարմինների հրաբերական շարժման ժամանակ, ուղղված է շարժման ուղղությանը հակառակ։
***Ճոճման շփման ուժ**, առաջանում է շփվող/փոխազդող մարմիններից մեկի՝ մյուսի նկատմամբ ճոճվելու ժամանակ։
***Դադարի շփման ուժ**, առաջանում է հպվող մակերևույթների միջև և խանգարում հարաբերական շարժմանը։ Այդ ուժը պիտի հաղթահարվի, որպեսզի շարժման մեջ դրվի մարմիններից որևէ մեկը։
***Գլորման շփման ուժ**, ուժի մոմենտ է, որն առաջանում է հպվող մարմինների միջև՝ մարմիններից մեկի՝ մյուսի մակերևույթին գլորման ժամանակ, ուղղված է գլորման ուղղությանը հակառակ։ Որոշվում է M = p N, բանաձևով, որտեղ N նորմալ ճնշումն է, p գլորման շփման գործակիցն է, որն ունի երկարության չափայնություն։

## Կիրառական նշանակություն
### Շփումը մեխանիզմներում և մեքենաներում
Շատ ավանդական մեխանիզմներում (ներքին այրման շարժիչ, ավտոմեքենաներ, ատամնավոր մեխանիզմներ և այլն) շփումը բացասական դեր է խաղում՝ նվազեցնելով մեխանիզմի օգտակար գործողության գործակիցը։ Շփման ուժը նվազեցնելու համար օգտագործվում են բնական և սինթետիկ տարբեր յուղեր և քսանյութեր։ Ժամանակակից մեխանիզմներում այս նպատակով օգտագործվում են նաև պրոֆիլակտիկ ծածկույթներ (բարակ թաղանթ) դետալների վրա։ Մեխանիզմների մանր տարրերի և միկրոէլեկտրոմեխանիկական համակարգերի և նանոէլեկտրոմեխանիկական համակարգերի ստեղծմամբ շփման մեծությունը մեխանիզմի մեջ գործող ուժերի համեմատ մեծանում է և դառնում է շատ զգալի (\mu \geqslant 1), և միևնույն ժամանակ չի կարող նվազեցվել սովորական քսուքների միջոցով, ինչն առաջացնում է տվյալ ոլորտի ինժեներների և գիտնականների զգալի տեսական և գործնական հետաքրքրություն։ Շփման խնդրի լուծման համար ստեղծվել են այն նվազեցնելու նոր մեթոդներ տրիբոլոգիայի և մակերեսի մասին  գիտության բնագավառում։

### Կառչում մակերևույթին
Շփման առկայությունը հնարավորություն է տալիս տեղաշարժվել մակերևույթի վրայով։ Այսպես երբ մարդը քայլում է,  շփման շնորհիվ տեղի է ունենում ներբանի կառչում հատակին, որի արդյունքում տեղի է ունենում հրում հատակից, և մարդը շարժվում է առաջ։ Նմանապես այն ապահովում է անիվների մեքենայի կառչումը ճանապարհի մակերևույթին։ Մասնավորապես, կառչումը ավելի ուժեղացնելու համար մշակվել են ռետինե անվադողերի  նոր ձևեր, իսկ մրցարշավների մեքենաների վրա տեղադրվում են հակաթևեր, որոնք ավելի ուժեղ են սեղմում մեքենան ճանապարհին։

## Պատմություն
Հույներին, այդ թվում՝ Արիստոտելին, Վիտրուվիոսին և Պլինիոս Ավագին հետաքրքրել են շփման պատճառ և դրա նվազեցումը։ Նրանք գիտեին ստատիկ և կինետիկ շփման միջև տարբերությունների մասին, իսկ Ֆեմիստիոսը 350 թվականին պնդում էր, որ «ավելի հեշտ է շարունակել շարժվող մարմնի շարժումը, քան տեղափոխել հանգիստ վիճակում գտնվող մարմինը։

1493 թվականին Լեոնարդո դա Վինչին բացահայտել է լոգարիթմական շփման դասական օրենքները․ նա եղել է տրիբոլոգիայի պիոներ, սակայն նրա նոթատետրերում փաստաթղթավորված օրենքները չեն հրապարակվել և մնացել են անհայտ։ Այդ օրենքները նորից է բացահայտվել Գիյոմ Ամոնթտնը 1699 թվականին և հայտնի են դարձել որպես Ամոնտոնի չոր շփման երեք օրենք։ Ամոնտոնը շփման բնույթը ներկայացրել է մակերևույթի անհարթությունների և այն ուժի տեսանկյունից, որն անհրաժեշտ է քաշի ավելացման համար, որը մակերևույթները ճնշում է միմյանց։ Այս տեսակետը զարգացրել են Բեռնար Ֆորեստ դե Բելիդորը և Լեոնարդ Էյլերը 1750 թվականին, որոնք  դուրս են բերել բեռի բնական թեքության անկյունը և առաջին անգամ տարբերակել են ստատիկ և կինետիկ շփումը։ Ջոն Թեոֆիլ Դեզագյուլեն 1734 թվականին առաջինն է բացահայտել ադգեզիայի դերը շփման մեջ։ Այս միկրոսկոպիկ ուժերը մակերևույթներին ստիպում են կպչել միմյանց, և նա ենթադրել է, որ շփումն այն ուժն է, որն անհրաժեշտ է հպվող մակերևույթները միմյանցից պոկելու համար։

Շփման ընկալումը հետագայում զարգացրել է Շառլ Օգյուստեն Կուլոնըը (1785)։ Վերջինս հետազոտել է շփման վրա ազդող չորս հիմնական գործոնների ազդեցությունը՝ շփվող նյութերի բնույթը և դրանց մակերևույթների ծածկույթը, մակերևույթի մակերեսի երկարությունը, նորմալ ճնշումը (կամ ծանրաբեռնվածությունը) և մակերևույթների շփման տևողությունը (հանգստի ժամանակը)։ Կուլոնը դիտարկել է նաև սահելու արագության, ջերմաստիճանի և խոնավության ազդեցությունը, որպեսզի գտնի տարբերություններ բնության իկորտիկ բացատրությունների միջև։ Ստատիկ և կինետիկ շփման միջև տարբերությունը հայտնվել է Կուլոնի շփման օրենքում, թեև այդ տարբերությունն արդեն նկատել էր Յոհան Անդրեաս ֆոն Զեգերը 1758 թվականին։ Հանգստի ժամանակի էֆեկտը բացատրել է Պիտեր վան Մուշենբրուքը 1762 թվականին՝ դիտարկելով միմյանց կառճած թելերի մազիկավոր մակերևույթները, որը տևում է վերջնական ժամանակ, որի ընթացքում մեծանում է շփումը։

Ջոն Լեսլին (1766-1832) նշել է Ամոնտոնի և Կուլոնի հայացքների թույլ լինելը. եթե շփումն առաջանում է այն պատճառով, որ բեռը բարձրանում է հաջորդական ելուստներով թեք հարթության վրա, ապա ինչու այն չի հավասարակշռվում հակառակ կողմի թեքությամբ դեպի ներքև շարժումով։ Լեսլին նույնքան թերահավատորեն էր վերաբերվել Դեզագյուլեի առաջարկած ադգեզիայի դերին, որը, ընդհանուր առմամբ, պետք է հանգեցնի ինչպես շարժման արագացմանը, այնպես էլ դանդաղեցմանը։ Լեսլիի կարծիքով՝ շփումը պետք է դիտարկել որպես հարթեցման, անհարթությունները ճնշելու՝ ժամանակից կախված գործընթաց, որը նոր խոչընդոտներ է ստեղծում այն տեղերում, որոնք նախկինում խոռոչներ էին։

Արթուր-Ժյուլ Մորենը (1833) մշակել է սահքի շփման հայեցակարգը՝ համեմատած ճոճման շփման հետ։ Օսբոռն Ռեյնոլդսը (1866) դուրս է բերել մածուցիկ հոսքի հավասարումը։ Դա ավարտել է շփման դասական էմպիրիկ մոդելը (ստատիկ, կինետիկ և հեղուկ), որը սովորաբար օգտագործվում է ներկայում տեխնիկայի մեջ։ 1877 թվականին Ֆլեմինգ Ջենկինը և Ջեյմս Ա. Յուինգը հետազոտել են ստատիկ և կինետիկ շփման անընդհատականությունը։

20-րդ դարում հետազոտությունների ուշադրության կենտրոնում եղել է շփման ֆիզիկական մեխանիզմների ըմբռնումը։ Ֆրանկ Ֆիլիպ Բոուդենը և Դևիդ Թեյբորը (1950) ցույց են տվել, որ միկրոսկոպիկ մակարդակում մակերևույթների միջև շփման փաստացի մակերեսը տեսանելի տարածքի շատ փոքր մասն է կազմում։ Այս փաստացի շփման տարածքը, որը պայմանավորված է անհարթություններով, աճում է ճնշման ավելացման հետ։ Ատոմա-ուժային մանրադիտակի (1986) զարգացումը գիտնականներին թույլ է տվել ուսումնասիրել շփում  ատոմային մասշտաբում՝ ցույց տալով, որ այս մասշտաբով չոր շփումը միջմակերևութային տեղաշարժվող լարման և շփման տարածքի արդյունք է։ Այս երկու հայտնագործությունները բացատրում են Ամոնտոնի առաջին օրենքը․ մակրոսկոպիկ համաչափությունը չոր մակերեսների միջև շփման նորմալ ուժի և ստատիկ ուժի միջև։

## Ամոնտոն-Կուլոնի օրենք
Շփման հիմնական բնութագիր է շփման \mu գործակիցը, որը որոշվում է այն նյութերով, որոնցից կազմված են շփվող մարմինների մակերևույթները։

Պարզ դեպքերում F շփման ուժը և N_{normal} ճնշման ուժը (հենարանի հակազդեցության ուժը) կապված են հետևյալ անհավասարությամբ․
:  | F | \leqslant \mu {N_{normal}},

## Ծանոթագրություններ

## Գրականություն

* Зайцев А. К. Основы учения о трении, износе и смазке машин. Часть 1. Трение в машинах. Теория, расчет и конструкция подшипников и подпятников скольжения. Машгиз. М.-Л. — 1947. 256 с.
* Зайцев А. К. Основы учения о трении, износе и смазке машин. Часть 2. Износ материалов. Классификация видов износа, методов и машин для лабораторного испытания материалов на износ машины и производственные на них исследования. Машгиз. М.-Л. — 1947. 220 с.
* Зайцев А. К. Основы учения о трении, износе и смазке машин. Часть 3. Износ машин. Износ машин и деталей и способы борьбы с их износом. Машгиз. М.-Л. — 1947. 164 с.
* Зайцев А. К. Основы учения о трении, износе и смазке машин. Часть 4. Смазка машин. Машгиз. М.-Л. — 1948. 279 с.
* Archbutt L., Deeley R.M. Lubrication and Lubicants. London. — 1927
* Арчбютт Л., Дилей Р. М. Трение, смазка и смазочные материалы. Руководство по теории и практике смазки и по методам испытания смазочных материалов. Госгоргеолнефтиздат. — Л. — 1934. — 703 с.
* Арчбютт Л., Дилей Р. М. Трение, смазка и смазочные материалы — 2-е изд., перераб. и доп. — М.-Л.: Гостоптехиздат. — 1940. — 824 с.
* Дерягин Б. В. *Что такое трение?* М.: Изд. АН СССР, 1963.
* Крагельский И. В., Щедров В. С. *Развитие науки о трении. Сухое трение.* М.: Изд. АН СССР, 1956.
* Фролов, К. В. (ред.) *Современная трибология: Итоги и перспективы*. ЛКИ, 2008.
* Bowden F. P., Tabor D. *The Friction and Lubrication of Solids.* Oxford University Press, 2001.
* Persson Bo N. J.: *Sliding Friction. Physical Principles and Applications.* Springer, 2002.
* Popov V. L. *Kontaktmechanik und Reibung. Ein Lehr- und Anwendungsbuch von der Nanotribologie bis zur numerischen Simulation*, Springer, 2009.
* Rabinowicz E. *Friction and Wear of Materials.* Wiley-Interscience, 1995.

### Ամսագրեր
* *[http://www.tribo.ru/ Трение, Износ, Смазка]*, журнал о трении.
* *[https://web.archive.org/web/20070819032028/http://mpri.org.by/editions/friction-a-wear.htm Трение и Износ]*, журнал о трении издаётся Национальной Академией Наук Беларуси с 1980 г.
* *[http://www.asmedl.org/Tribology Journal of Tribology] *, международный журнал о трении.
* *[http://www.elsevier.com/locate/wear/  Wear]*, международный журнал о трении и износе.
* *[http://www.dpva.ru/Guide/GuidePhysics/Frication/  Таблицы коэффициентов трения]*, численные значения коэффициентов трения.

Կատեգորիա:Դինամիկա
Կատեգորիա:Ուժ