Powierzchnie szorstkie

W ścisłym znaczeniu większość powierzchni (nawet najbardziej wygładzonych) to powierzchnie szorstkie, dlatego dwa ciała będą stykały się tylko tam, gdzie wypukłości dotykają się. Z tego wynika, że styk właściwy między cząsteczkami stanowi jedynie małą część pozornego styku powierzchni. Ponieważ styk występuje w określonych miejscach, naprężenia normalne w tych miejscach osiągają wartości wyjątkowo duże Terzaghi (1925) przedstawił tę hipotezę w swojej pionierskiej pracy o mechanice gruntów², jednakże pomijano ją przez wiele lat (program uprawnienia budowlane na komputer).

Tę hipotezę dotyczącą zagadnienia tarcia w wielu różnych materiałach opracowali i opublikowali niezależnie od siebie Bowden, Tabor i in., poczynając od końca lat 1930 (por. np. Bowden and Tabor (1950) i (1964). Jest ona znana jako adhezyjna teoria tarcia i obecnie służy za punkt wyjścia zasadniczo wszystkich studiów związanych z tarciem (program uprawnienia budowlane na ANDROID).

W dalszym ciągu omówimy zastosowanie tej hipotezy do tarcia między minerałami tworzącymi grunty. Istnieją różne sposoby pomiaru szorstkości powierzchni. Na przykład, jeżeli ostry rylec diamentowy, nazywany profilometrem, ślizga się po powierzchni, to można zmierzyć jego ruchy pionowe. Wykres wykonany za pomocą profilometru przeprowadzonego po dwóch „gładkich” powierzchniach kwarcu (Dickey, 1966). Powierzchnie te były oszlifowane za pomocą bardzo precyzyjnego kółka diamentowego i wydawały się gładkie jak lustro. Jednakże profilometr wykazał, że tworzyły one wypukłości i wklęśnięcia o średniej wysokości ok. 500 A (uprawnienia budowlane).

Przeciętna szorstkość

Należy podkreślić, że pozioma czułość profilometru jest 1000 razy mniejsza niż pionowa i dlatego też wypukłości powierzchni w rzeczywistości nie miały powierzchni ząbkowanej, jak wynikałoby z wykresu. Raczej były one bardzo płaskie u góry w skali nieskażonej. Również typową nierówność z szorstkiej powierzchni kwarcowej oszlifowanej za pomocą kółka diamentowego nr 220 (program egzamin ustny). Przeciętna szorstkość tej powierzchni wyniosła ok. 5000 A. Wypukłości były ostrzejsze niż w przypadku gładkiej powierzchni, jednakże jeszcze całkiem łagodne, o kącie dwuściennym ok. 120°. Obie te powierzchnie są prawdopodobnie gładsze niż większość powierzchni ziaren w gruntach.

Jeśli dwie powierzchnie stykają się ze sobą, zetknięcie występuje najpierw w miejscach najwyższych wypukłości. W miarę zwiększania obciążenia normalnego nośność tych wypukłości zostanie przekroczona, w wyniku czego nastąpi ich odkształcenie plastyczne. Wartość naprężenia wywołującego odkształcenie plastyczne oznaczyliśmy przez q_u (opinie o programie). Można ją określić przez pomiary twardości. Dla kwarcu o twardości ok. 100kG/mm² (Brace, 1963) wypukłości uplastyczniają się przy naprężeniu przekraczającym 105 000 kG/cm². Nie wiadomo, czy takie naprężenia wypadają na znacznej liczbie wypukłości w ziarnistej masie gruntu czy też nie, jednakże wydaje się prawdopodobne, że tak. Jeśli wartość q_u nie jest osiągnięta, wypukłości odkształcają się sprężyście, co z kolei wpływa na inne zachowanie się powierzchni (segregator aktów prawnych).

Zgodnie z teorią styków Hertza (por. Bowden i Tabor, 1964) powierzchnia styku A_c zwiększa się w stosunku N^2/3. Dlatego też współczynnik tarcia prawdopodobnie zmniejsza się z chwilą zwiększania obciążenia. Tego rodzaju zjawisko zaobserwowano podczas pracy diamentowego rylca na płaskiej powierzchni płytki diamentowej. Diament zachowuje się sprężyście nawet z chwilą osiągnięcia wielkich naprężeń przez styki na wypukłościach (ocenia się, że q_u dla diamentu jest większe niż 1 050 000 kG/cm²) (promocja 3 w 1). Jednakże złożoność warunków na styku między dwiema powierzchniami mającymi dużą liczbę wypukłości może wywołać prawie stałą wartość współczynnika tarcia f, chociaż poszczególne wypukłości są w stanie odkształceń sprężystych (por. Archard, 1957).