2, 7月 2022
想象实验的奇思妙解——滑动摩擦力与受力面积是否有关

想象实验,又叫“理想实验”或“假想实验”,是理论研究中不可缺少的重要方法。和真正实验不同,想象实验的

如图1,令动摩擦因数为μ,物体对接触面的压力为N,则滑动摩擦力f=μN。先想象把物体沿着拉力方向竖直切割为完全相同的两半,依据对称法则,每一半的滑动摩擦力必为二分之一,即f′=f/2=μN/2。

如图2,再将其中一半叠摞在另一半之上,此时滑动摩擦力和压力成正比,压力加倍,滑动摩擦力也要加倍,故f=2f′=μN。

比较图1和图2,接触面的材料、粗糙程度和压力的大小是相同的,只是受力面积不相等,图1是图2的2倍,而滑动摩擦力的大小是相等的(f=μN)。

如果仿照图1将物体沿着拉力方向竖直切割为完全相同的n部分,依据对称法则,每一部分所受的滑动摩擦力必为n分之一,即f′=f/n=μN/n。

然后仿照图2,将n部分叠摞在一起,此时滑动摩擦力和压力成正比,压力增加为n倍,滑动摩擦力也要增加为n倍,故f=nf′=μN。

由此可知,只要接触面的材料、粗糙程度和压力的大小是相同的,即使受力面积不相等,大小关系的倍数为任意正整数n,而滑动摩擦力的大小是相等的(f=μN)。

即便n不为正整数,也可以给出严格缜密的推理,有兴趣者不妨一试,这里给出简单思路,不另行绘图解释。例如n等于3.14,可分下面两步走。

第一步叠摞:先仿照图1将物体沿着拉力方向竖直切割为314(注意不是3.14)等份,再仿照图2全部叠摞起来,由前面的推理可知,滑动摩擦力是不变的。此时受力面积为原来的1/314。

第二步平摊:将叠摞起来的看作一个整体或假设粘合在一起,沿着拉力方向水平切割为100等份,再把这100等份仿照图1平摊,即水平铺开重新排列成一行,每一份的接触面材料、粗糙程度以及受力面积都和叠摞起来的一样,只是压力变为百分之一,由f=μN可知,所受的摩擦力当然也是百分之一。若把这100等份看作一个整体或假设二次粘合,摩擦力还与原先一样。此时受力面积为原来的100/314。

将先后情况进行比较,会得到结论:只要接触面的材料、粗糙程度和压力的大小是相同的,即使受力面积不相等,大小关系的倍数为任意正小数n(如3.14),而滑动摩擦力的大小是相等的(f=μN)。

需要强调的是,对于公式f=μN,动摩擦因数μ跟接触面的材料、粗糙程度有关;正压力N指物体对受力面的压力大小。严格来讲,此公式适用于接近于刚体的物体。换句话说,不管怎样切割或粘合,都无关紧要,而叠摞与平摊有些不同,可能有关系。叠摞比平摊的压强大,如果导致物体下陷于接触面,且使接触面发生了范性形变,则阻力就不是纯粹的滑动摩擦了,应另当别论,不属于本例的研究范围。

不管怎么说,只要依据公式f=μN这一科学原理,就可通过想象实验得到一个理想完美的结论:

由以上探究过程,可对想象实验有个初步了解。想象实验跟真正实验相比较,包括预先的提出问题、猜想假设,以及到后来的实验器材、实验环境、实验原理、实验方法到实验结论,一样不落,都有类似的流程,但不尽相同。想象实验有下列优势:

1. 想象实验主要靠抽象思维,全不是机械操作,不会受到任何实验条件的限制。在实验器材缺少、实验环境缺失的情况下,唯有此法才解决问题。

2. 想象实验的实验条件理想化,实验方法逻辑化,不会出现由于测量工具不够精密、测量方法不够科学以及测量人员估读不一而导致的实验误差。

3. 想象实验几无成本运作便利,随时随地随心随意,尤其是激发了人的无穷想象力,是培养科学思维能力、自主创新能力的不可多得的重要途径。

想象实验是纯粹的思维过程,也就是科学思维,甚至是创新思维。理论终要经实践检验,因此想象实验不能完全替代真正实验。那么真正实验能否完全替代想象实验呢?当然也不能,因为想象实验也有以上三大优势,这些优势是真正实验无论如何都无法比拟的。于是,二者的重要性不分伯仲。

这几年,教育理论提出了核心素养。对于物理学科,核心素养包括:①科学态度和责任,②物理观念和应用,③科学探究和交流,④科学思维和创新。其中最高级,也是最重要的莫过于科学思维和创新,而设计想象实验,正是引导科学思维、力求自主创新的最佳途径,这就要求我们在平时的教学中足够的重视起来,不要一味地重视真正实验,以至于作秀,搞,而完全忽视了想象实验。

当一个问题可用想象实验解决时,应作为首选的实验方法,以发挥科学思维的无穷的想象力,再根据问题现状,看是否要辅之于真正实验,以作为最后的检验手段,二者交替循环,步步提高,这才是最佳方案。这种方案,是众多优秀科学家惯用的研究方法,我们必须学习掌握,将之应用于平时的教学中,使其发扬光大。总之,要将两种实验紧密结合,互相补充,相辅相成,扬长避短,不可偏废。

30, 6月 2022
表面粗糙度及附着力对轴瓦多聚物涂层疲劳强度影响

轴瓦的摩擦学性能、疲劳强度受到涂层表面粗糙度、涂层附着力、轴瓦合金材料性能、涂层性能、工况条件等众多因素影响。本文

涂层在固化成型后,涂层表面并非是绝对的光滑,如图1所示,涂层表面实际有无数个微凸峰。在摩擦磨损及蓝宝石疲劳试验初期,表面粗糙度会影响摩擦学性能和疲劳强度。但经历了初期的磨合阶段,在正常磨损阶段涂层的表面“峰”和“谷”被轴磨平,并适应工况(图2)。特别是蓝宝石疲劳强度测试,一个负载测试时间24小时,初始状态的表面粗糙度对长期的疲劳强度测试甚至台架测试影响较小。

轴瓦在进行疲劳强度测试时,经历脉冲式的高、低负载;同时轴作高速转动,轴瓦承受润滑油冲刷作用。因此,涂层的附着力高低直接影响涂层的疲劳强度。为提高涂层在轴瓦合金上的附着力,有以下方法:

A.轴瓦表面喷砂处理。将光滑的轴瓦(图3)表面通过喷砂、抛丸处理,增加合金层的表面粗糙度,在轴瓦表面形成细小的孔洞,液体涂层进入孔洞,在涂层固化过程中会以“机械锁”形式提高涂层的附着力(图4)。

B.涂层改性处理。涂层中主要成分为高分子树脂材料,依靠树脂材料的化学性能,涂层附着在轴瓦合金表面。由于轴瓦工作时从室温(冬季-30℃)升至80℃,甚至达到150℃以上,因此,树脂材料因具有良好的耐温性。如图5所示,树脂具有良好的耐温性和附着性。

多聚物轴瓦涂层表面粗糙度对轴瓦在正常磨损阶段及蓝宝石测试阶段的影响较小。摩擦学性能主要依赖于轴瓦涂层本身的性能,特别是树脂的物理、化学性能。

29, 6月 2022
全屏智慧黑板有哪些品牌 受力面积小

木质黑板不结实,很容易就会被尖锐物体压碎,保护不力的话很容易造成黑板损坏,有人认为如果黑板放得太紧,由于受力面积大,易出现弯曲破损等情况。在使用的时候也是不太方便的。

而钢化玻璃黑板虽然很坚固,但是保护不当的话,受力面积小,长期使用还是比较容易弯曲破损。那么有哪些材质的黑板比较适合初学者,在使用上也不会影响到自己呢?钢化玻璃黑板基本适用于文科专业,特别是语文学科。而教育类或理科学科有经济金融类专业的学生。木质黑板主要适用于工科类专业,军工航天类专业。由于黑板材质的问题,使用的时候打破纸质材料很容易损坏的,要在外面放一个黑板架使用。黑板架起到保护黑板不被撕碎,如果在班级使用的话,可以保护同学的黑板。

如果不使用则可以砸碎。而缺点是使用时候要防止书本或者书本外的物体伤害到黑板。黑板架可以保护书本不受外力造成的伤害。由于黑板是黑色的材质,在使用的时候对于打电话或是其他对物体有伤害的。采用电能进行供电的话容易引起电压不稳而引起火灾或爆炸的危险。所以校方会尽量选择石墨材质的黑板。

石墨材质的话,破坏性小,非常的环保,不会对教学产生任何的危害。使用时不用考虑打电话或是其他对物体产生伤害的问题。由于是环保的材质,所以也可以直接扔在地面上等处保护性好。不会对学生造成伤害。至于我们到底是使用黑板打电话,还是使用显示器打电话,在这个是看自己的需求。

29, 6月 2022
广东电视台广东新焦点报道——广州和力表面处理技术有限公司

随着工业及高新技术产品的发展,对优质、高效且环保的表面改性及涂层技术的需求越来越大。拥有高科技含量的表面处理技术对于企业发展,经济效益的提升有着十分重要的作用和意义。本期《科技智造,助力祖国经济高品质发展》主题节目将要聚焦的是广州和力表面处理技术有限公司。

广州和力表面处理技术有限公司是一家致力于金属和非金属表面处理领域,集产品研发、生产、销售和应用为一体的民营企业。公司成立于2010年,生产工厂位于江门台山水步镇文华工业区内。

多年来,公司坚持以人为本,以客户需求为导向,本着“品质为先、诚信为本、专业求精、创新求进“的经营理念,持续为客户提供质优价廉的各类配套产品,先后获得“广东省守合同重信用企业”,“广东省防腐蚀协会理事单位” 、“科技创新型企业”、“金牌供应商”等多种荣誉称号。

卢学光总经理说道:“今年适逢和力科技成立十周年。这十年来我们一直专注于金属表面处理产品的研发、生产和应用,不断为客户提供具有高附加价值的产品和全方位的技术解决方案。目前公司的生产已经突破了传统的人工制造,实现了设备自动化、一键式生产,在提高生产效率的同时,极大地保证了产品品质,增强了客户的满意度。”

公司自成立以来,始终坚持科学发展观,将技术研发和人才培养作为公司的发展目标。现拥有一批专业技术研发人员,2个专业研发检测实验室。同时与高等院校合作,成立项目研发实验室及产学研基地,积极开展新产品的研发。拥有多项发明专利,多项自主知识产权,产品均通过ISO9001:2015质量体系认证。

公司目前已成功开发出清洗除油系列、钝化系列、除锈防锈系列、金属磷化系列、耐指纹系列、环保纳米陶化/硅烷系列、热浸锌抑制剂/防爆剂系列、精密电子/液晶面板清洗系列等多种环保产品。广泛应用于:钢铁冶金、有色金属、食品包装、五金家电、3C电子等行业和领域,并不断为客户提供具有高附加价值的技术解决方案。

卢学光总经理说道:“经过多年的发展,目前订单处理系统和生产管理系统实现了联动整合,生产效率和品质都有所提高。同时,我们在生产中使用专业的生产控制系统,严格的生产过程管控,确保每一批产品都符合标准。同时,产品可追溯性强,每一批产品都可追溯至产品的质量检测结果、生产操作流程及原料信息。公司目前主推绿色环保的金属表面处理产品,不仅提高了客户产品的耐腐蚀性、抗老化性能,同时提高了金属与表面涂层的结合力,适用范围更加广泛。研发中,产品注入了更多的环保元素,对环境更友好,减少对水质污染以及生物的危害,而且废水处理工艺更简单。”

为促进公司的长足发展,公司引进先进的生产设备,采用严谨的质量保障体系。建立整套“数字化”、“信息化”的订单实现系统和“精益化”、“自动化”的生产制造系统。

现可实现 “一键式”订单交付,即“从订单下达一刻起,系统自动驱动原材料采购及检验、生产制造、过程品质控制、成品检验及出库、运输交付以及相关信息的闭环反馈,整个过程“智能化”运转”;

设备可实现从原材料投料、生产工艺参数控制、生产过程检测到成品灌装的全面自动化生产。

同时,公司建立专业的营销及售后服务团队,并在全国各地设有分支机构和仓库,为客户提供快捷和周到的服务,得到了行业客户的广泛认可,提高了客户的满意度。

总经理卢学光最后说道:“在未来,和力科技会继续以“科技智造”的发展方针,专注于表面处理技术的研发及提供整体技术解决方案,完善配套服务,生产出更多满足不同客户需求的产品,提升客户产品的竞争力,进一步巩固公司在表面处理行业的地位,为民族产业发展助力。”

29, 6月 2022
油漆和涂料的附着力

附着力是油漆和涂料行业的基本特性之一,可确保涂层(或漆膜)长时间粘附在表面上,尤其是在侵蚀性条件下。附着力的性质与涂层的耐久性和质量有直接关系。

大多数涂料和油墨的重要要求是在固化和成膜*完成后,它们能形成牢固的粘合并牢固地粘附在基材上很长时间。涂层和基材之间的粘合强度取决于材料的两个特性,包括:

内聚力——粘合剂颗粒之间的结合强度* 成膜对附着力起关键作用。固化后,收缩和压力等几个因素会影响成膜。

静电(电子)理论——电子从一个表面转移到另一个表面以形成不同的电荷,从而产生吸引力。

扩散理论- 聚合物材料在界面处对链的相互渗透的粘附。注:没有单一的理论以一般和全面的方式解释粘附。一些理论适用于某些基材和应用,而其他理论则根据不同的情况而有所不同。

根据吸附理论,两种材料由于材料分子之间的吸引力而相互粘附。产生的表面力被称为二次力或范德华力。为了形成这些力,涂料分子必须与基材表面形成紧密的分子接触。此外,酸碱相互作用和氢键也可能有助于固有粘附力。

为了获得良好的吸附,重要的是在漆膜和被粘物之间建立连续的接触,以便范德华力或酸碱相互作用或两者发生。这可以通过称为“润湿”的现象来实现。

当接触角 = 0° 或材料均匀分布在基材上形成薄层时,会发生完全的自发润湿。在以下情况下,润湿是有利的:

化学吸附理论基于化学键合机制,解释了初级化学键可以跨界面形成。化学键对固有粘附有很大的贡献。

附着力促进剂根据化学吸附理论起作用。粘合促进剂在一端被官能化以与基材反应,而在另一端与涂层反应。

表面粗糙度有助于粘附的 一种方法是增加油漆和被粘物之间的总接触面积。因此,机械理论通常教导表面粗糙化是有益的,因为它:

通过使用 AES、SIMS 和 XPS 的智能组合更好地表征表面,获取改善油墨、清漆和其他材料在金属基材上的附着力的线索。

静电理论指出,静电力是在涂层-粘附体界面处形成的。静电力解释了分离阻力。该理论发现,当涂层从基材上剥离时会发生放电。

扩散理论的基本概念提出粘附是通过涂层和被粘物中分子的相互扩散而发生的。扩散理论主要适用于涂层和被粘物都是具有可移动的相容长链分子的聚合物的情况。热塑性塑料的溶剂粘合或热焊接是分子扩散的结果。

注意:在一般粘合实践中,静电和扩散粘合理论通常不像其他理论那样被高度重视。但是,在某些应用中这些非常重要,有助于解释为什么会形成键。

涂层附着力强,可防止表面损伤。一个值得注意的例子是在腐蚀保护中使用涂层。

然而,在长时间暴露于外部因素(如水、湿度和紫外线照射)后,涂层的附着力可能会受到不利影响。此外,表面涂层选择不当、涂层与表面不相容以及表面处理不充分都会导致涂层粘附失败。

虽然涂层和基材之间的附着力损失是可能的,但薄弱边界层内的内聚损伤也很常见。

在大多数情况下,涂层缺陷是由薄弱边界层的内聚破坏引起的。弱边界层可能来自油漆、被粘物、环境或三者的组合。

如果杂质集中在粘合表面附近并形成对基材的弱附着,则漆膜或被粘物上可能会出现薄弱的边界层。

薄弱的边界层必须通过物理或化学方法去除,这样薄膜形成中就不会出现导致涂层过早粘附失效的薄弱环节。

当接触角 = 0° 或材料均匀分布在基材上形成薄层时,会发生完全的自发润湿。当基材的表面张力(更广为人知的临界表面能 C)高且润湿液的表面张力低时,润湿是有利的。

不充分的交联或未固化的涂层/涂层的过度固化导致涂层与基材表面的附着力差。

起泡 — 当涂层物体浸入水中时发生。水泡是出现在表面上的圆顶状缺陷。起泡是由涂层内或涂层下的水溶性材料、涂层的快速干燥或化学暴露引起的。

此外,各种添加剂会影响物理/机械性能,进而会改善或恶化此处列出的涂层附着力。

有几种方法可用于确定涂层与基材的粘合程度——使涂层表现良好。在实施任何测试方法时,重要的是要考虑粘合失效是粘附性(涂层/基材界面处的失效)还是内聚性(涂膜或基材内的失效)。

这些测试方法涵盖了通过在薄膜上的切口上粘贴和去除压敏胶带来评估涂层薄膜对金属基材的附着力的程序。

此测试方法确定有机涂层(例如油漆、清漆和清漆)在应用于光滑和平坦(平面)面板表面时的附着力。

待测材料以均匀的厚度施加到光滑的基材上。干燥后,通过将面板推到圆形触针或圆环下方来确定附着力,圆针或圆环以增加的量加载,直到涂层从基材表面去除。

ASTM D4541 – 使用便携式附着力测试仪测试涂层剥离强度的标准测试方法

该测试方法涵盖了评估涂层在金属、混凝土或木材等刚性基材上的剥离强度(通常称为附着力)的程序。

该方法通过从小车向表面施加拉伸应力(而不是在前两个测试中测量的剪切应力)来评估光滑表面上一个或多个涂层的附着力。负载缓慢增加,直到小车连同粘合剂层一起被移除。它相当于 ISO 4624 标准。