Липкая подушечка
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( сентябрь 2017 г. ) |
Липкие подушечки — это фрикционные устройства, используемые для предотвращения скольжения объектов по поверхности за счет эффективного увеличения трения между объектом и поверхностью.
Липкие подушечки используются для фиксации наклоненных или движущихся предметов на гладкой поверхности, чтобы предметы, положенные на эту поверхность, могли оторваться из-за недостаточного трения при наклоне или движении поверхности. [1] Подушечка имеет большой коэффициент трения как с базовой поверхностью, так и с уложенным на нее предметом, что предотвращает перемещение как липкой подушечки относительно поверхности, так и перемещения предметов, уложенных на подушечку, относительно подушечки. Липкие подушечки обычно используются на приборных панелях автомобилей, где силы, вызванные ускорением автомобиля, могут привести к соскальзыванию предметов, помещенных на приборную панель, с гладкой поверхности приборной панели.
В отличие от креплений , липкие подушечки не прикрепляют предметы к поверхности. Они просто предотвращают скольжение предметов по поверхности до тех пор, пока не будет превышено пороговое ускорение или угол наклона. В липких подушечках обычно не используются клеи . Из-за этого они легко отрываются от поверхности, и для выполнения своей задачи им нужна гравитация. В частности, сила, действующая на объект, должна иметь составляющую, перпендикулярную поверхности и направленную к ней. Это отличается от ленты для микроприсосок , где приклеивание объекта достигается за счет микроскопических пузырьков на поверхности, которые действуют как небольшие присоски. Липкие подушечки изготовлены из резиноподобных материалов. Это помогает рассеивать кинетическую энергию при вибрации базовой поверхности, так что объект на подушке сохраняет достаточно большую поверхность контакта с подушкой, а тангенциальные силы трения продолжают предотвращать скольжение предметов относительно подкладки.
Принцип работы
[ редактировать ]Хотя основные принципы использования липких подушечек просты, их физика может быть сложной из-за множества специфических, а иногда и противоречивых требований, возникающих в ходе практического использования. Механизмы, задействованные в материалах с высоким коэффициентом трения, выходят за рамки простого кулоновского трения . [2] [3] Их можно комбинировать с помощью других механизмов, таких как рассеивание энергии в вязких материалах или адгезия.
Вышеуказанные требования налагают 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 направлены на достижение 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 прочного прилипания к поверхностям.
Для соответствия требованиям используются различные инновационные подходы и специальные материалы. В некоторых конструкциях помимо высокого трения и мягкости применяется прилипание, основанное на вакууме (см., например, ленты с микроприсосками ). [4] Другие разработки включают проекты, вдохновленные природой, особенно животными, способными лазить по стенам и потолкам, такими как гекконы, [5] [6] [7] [8] [9] различные виды насекомых [10] , древесные лягушки [11] или хамелеоны. [12]
Механизмы насекомых, которые могут взбираться по стенам и потолкам, помогают понять, как создавать поверхности с чрезвычайно высоким трением, которые не имеют слишком большого прилипания для практического применения. [10] Способности гекконов интенсивно изучались с целью выяснить, как прилипание вертикальных стен или потолков может сочетаться со способностью легкого и быстрого отсоединения, обеспечивающей быстрое передвижение гекконов. [5] Было обнаружено, что сила Ван-дер-Ваальса, а не трение или адгезия, является наиболее важным механизмом, лежащим в основе способностей гекконов. [6] Это означает, что искусственные конструкции, имитирующие лапы гекконов, должны основываться на максимальном поверхностном контакте между объектом и подушечкой, что менее практично в некоторых ситуациях, например, когда подушечки используются на неплоских поверхностях или когда предметы, положенные на подушечку, не иметь плоские поверхности. С другой стороны, механизмы в ногах гекконов помогают создавать материалы, которые надежно приклеиваются и в то же время легко отсоединяются. [5] Механизмы, используемые у гекконов, древесных лягушек и некоторых насекомых, также были изучены на предмет способности к самоочистке, что позволило бы искусственным материалам сохранять способность предотвращать скольжение после длительного использования в грязной среде. [10] [11]
См. также
[ редактировать ]- Микроаспирационная лента
- Присоска
- Клейкая лента
- Липкий коврик
- Застежка-липучка
- Трение
- Контактные механики
- Механика фрикционного контакта
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кэролин Ширлок (январь 2012 г.). «Липкие подушечки» . Лодочная галера. Архивировано из оригинала 02 сентября 2017 г. Проверено 2 сентября 2017 г.
- ^ Елена Лоредана Делади (2006). Статическое трение в контактах резина-металл применительно к процессу формования резиновых подушек (PDF) (Диссертация). Университет Твенте. Архивировано из оригинала (PDF) 5 сентября 2017 г. Проверено 5 сентября 2017 г.
- ^ Ульрика Петтерсон (2005). Проектирование поверхности для высокого и низкого трения (PDF) (Диссертация). Университет Упсалы. Архивировано из оригинала (PDF) 5 сентября 2017 г. Проверено 5 сентября 2017 г.
- ^ Озджанлы, Осман Джан (16 марта 2010 г.). «В поисках следующей публикации» . Форбс . Архивировано из оригинала 8 сентября 2017 г. Проверено 2 сентября 2017 г.
- ^ Jump up to: а б с Цюань Сюй, Иян Ван, Трэвис Шихао Ху, Тони X. Лю, Дашуай Тао, Питер Х. Невяровский, Ю Тянь, Юэ Лю, Лимин Дай, Яньцин Ян и Чжэньхай Ся (20 ноября 2015 г.). «Надежные возможности самоочистки и микроманипуляции лопаточек гекконов и их биомимиков» . Природные коммуникации . 6 : 8949. Бибкод : 2015NatCo...6.8949X . дои : 10.1038/ncomms9949 . ПМЦ 4673831 . ПМИД 26584513 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Мена Р. Клиттич, Майкл К. Уилсон, Крейг Бернард, Рошель М. Родриго, Остин Дж. Кейт, Питер Х. Невировски и Али Диноджвала (13 марта 2017 г.). «Влияние модуля субстрата на адгезию гекконов» . Научные отчеты . 7 . Природа: 43647. Бибкод : 2017NatSR...743647K . дои : 10.1038/srep43647 . ПМЦ 5347379 . ПМИД 28287647 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Лента геккона» . Стэнфордский университет. Архивировано из оригинала 5 сентября 2017 г. Проверено 5 сентября 2017 г.
- ^ Ричард Блэк (1 июня 2003 г.). «Геккон вдохновляет на липкую ленту» . Би-би-си. Архивировано из оригинала 5 сентября 2017 г. Проверено 5 сентября 2017 г.
- ^ А.К. ГЕЙМ, С.В. ДУБОНОС1, И.В. ГРИГОРЬЕВА, К.С. НОВОСЕЛОВ, А.А. ЖУКОВ, С.Ю. ШАПОВАЛ (1 июня 2003 г.). «Микрофабрикатный клей, имитирующий волосы на лапах геккона» (PDF) . Природные материалы . 2 (7): 461–463. Бибкод : 2003NatMa...2..461G . дои : 10.1038/nmat917 . ПМИД 12776092 . S2CID 19995111 . Архивировано из оригинала (PDF) 5 сентября 2017 г. Проверено 5 сентября 2017 г.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с «Как палочники отточили трение, чтобы не прилипать» . Новости Phys.org . Физика.орг. 19 февраля 2014 г. Архивировано из оригинала 5 сентября 2017 г. Проверено 5 сентября 2017 г.
- ^ Jump up to: а б «Лягушачьи лапки могут решить неприятную проблему» . Новости Phys.org . Физика.орг. 3 июля 2011 года . Проверено 5 сентября 2017 г.
- ^ Марлен Спиннер, Гвидо Вестхофф и Станислав Н. Горб (2014). «Субпальцевые щетинки ног хамелеона: микроструктуры, усиливающие трение, для широкого диапазона шероховатости подложки» . Научные отчеты . 4 . Природа: 5481. Бибкод : 2014NatSR...4E5481S . дои : 10.1038/srep05481 . ПМК 4073164 . ПМИД 24970387 .