10. Elemente de mecanica şi fizica contactului corpurilor solide

Generic, contactul între două corpuri are loc într-un punct, de-a
lungul unei linii sau pe un plan. Această clasificare îşi are rădăcinile
în idealizările făcute la modelare. Dacă cele două corpuri sunt
sferice, de exemplu, se consideră contactul ca fiind punctiform.
Contactul a doi cilindri de-a lungul generatoarei comune, se spune că
este linear. La fel, contactul a doi dinţi aparţinând la două roţi dinţate
aflate în angrenare. În realitate, dat fiind că cele două corpuri se
deformează, contactul are loc întotdeauna pe o suprafaţă, fie ea şi
foarte mică.
Contactul este menţinut de forţele care se transmit între cele două
corpuri. Aceste forţe se pot descompune pe direcţie perpendiculară
pe suprafaţa de contact şi pe direcţii paralele cu această suprafaţă.
Forţele normale produc o presiune de contact, iar cele tangenţiale
tind să ducă la alunecarea relativă a corpurilor. La limită, când
alunecarea începe, între componenta normală a forţei, P, şi cea
tangenţială (pe direcţia de alunecare), F, există relaţia F = P, unde
este coeficientul de frecare. Această lege a fost propusă cu patru
secole în urmă de către Amontov, iar frecarea de acest tip se
numeşte, prin jocul istoriei, frecare coulombiană. În treacăt fie spus,
atât timp cât corpul nu se mişcă, forţa de frecare nu este dată de
relaţia de mai sus, ea fiind, de fapt, nedefinită.
Cum forţele transmise de la un corp la celălalt sunt, de obicei,
considerabile şi cum, tot generic, suprafeţele de contact sunt mici,
presiunile de contact sunt foarte mari. Aceasta duce la tensiuni mari
în cele două corpuri în zona apropiată de suprafaţa de contact,
tensiuni care pot duce la curgere sau / şi la cedarea materialului.
Aceste tensiuni duc la ruperea de mici “aşchii” din material, deci la
uzură. Procesul are loc prin mai multe mecanisme, care se prezintă
sumar aici. Trebuie însă menţionat că el este de natură stohastică,
ceea ce a făcut ca până în prezent să nu existe o corelaţie clară între
modelele care determină câmpul de tensiuni din apropierea
contactului şi rata de uzură. Relaţiile care estimează uzura
componentelor de maşini, în condiţii date de încărcare, sunt total
empirice.
Chiar şi atunci când contactul are loc pe suprafeţe relativ mari,
de exemplu, în cazul ambreiajelor şi frânelor, tensiunile locale care
apar sunt tot foarte mari. Aceasta se datorează în principal faptului că
220