Termodynamiczny opis elementarnego zjawiska tarcia suchego

W pracy rozważono możliwość termodynamicznego opisu elementarnego zjawiska tarcia suchego pary guma-stal. Proces przejścia ze spoczynku do ruchu względnego pary guma-stal potraktowano jako proces izotermiczno-izobaryczny. Pozwoliło to porównać pracę siły tarcia do przyrostu entalpii swobodnej deltaG. Przyrost entalpii swobodnej jest równy pracy niezbędnej do zwiększenia powierzchni poza obszarem styku gumy i zależy od wartości naprężenia powierzchniowego eta(s/g). Na wartość naprężenia stycznego tau(n) wpływa wielkość sczepienia adhezyjnego gumy ze stalą. Określono zależność między naprężeniem powierzchniowym eta(s/g) i naprężeniem stycznym tau(n) powstałym podczas tarcia wiertnego stalowej kulki po gumie. Na tribometrze jednokulowym wyznaczono wartość naprężenia powierzchniowego między gumą i stalą jako wielkość termodynamiczną zależną od sił przyciągania i siły obciążającej powierzchnię kontaktujących się ciał. Wyznaczono wielkość powierzchni gumy poza obszarem styku z kulką, która ulega odkształceniu w trakcie przejścia kulki ze spoczynku do ruchu. W pracy zdefiniowano napięcie i naprężenie powierzchniowe jako wielkości określające stan nierównowagi energetycznej powierzchni.

---

This paper presents possibility of the thermodynamics description of an elementary dry friction behavior for rubber-steel pair. The process of transition from standby to relative motion of the pair steel-rubber has been treated as the isothermal-isobaric one. It made possible to compare the friction work with the increase of the free enthalpy deltaG. The free enthalpy increment equals to work of necessary to increase the deformed area of the rubber outside the contact area and it depends on the value of the surface stress eta(s/g). The value of tangential stress tau(n) is affected by the adhesive interaction between the steel and the rubber. The dependance between surface stress eta(s/g) and tangential stress tau(n) resulting from pivoting friction has been determined. The values of surface stress between the rubber sample and the steel ball were determined on one-ball tribometer. Surface stress as the thermodynamic quantity depends on the attraction force and the load between contacting materials. Furthermore, it was necessary to determine the area of deformed rubber surface outside the contact area. There are definitions of both the surface tension and stress as the quantities characterizing the energetic non-equilibrium conditions of the surface.