Физика колки льда

[Munin]

(Оффтоп)

druggist в сообщении #681234 писал(а):

Очень возможно, что острая кромка ухудшила бы процесс

Для угла 30°? Сомнительно. Чтобы застрять, нужно градусов 5-10...

[druggist]

Munin в сообщении #681248 писал(а):

druggist в сообщении #681234 писал(а):
Очень возможно, что острая кромка ухудшила бы процесс

Для угла 30°? Сомнительно. Чтобы застрять, нужно градусов 5-10...

Я уже писал, если кромка скругленная, то в самый момент удара на чурбачок действуют силы в поперечном направление(с острой кромкой эти силы меньше) и раздирают его на половинки. Если чурбачок сухой без сучков, он должен разлетаться на части уже в момент удара

[Батороев]

druggist в сообщении #681425 писал(а):

Я уже писал, если кромка скругленная, то в самый момент удара на чурбачок действуют силы в поперечном направление(с острой кромкой эти силы меньше) и раздирают его на половинки. Если чурбачок сухой без сучков, он должен разлетаться на части уже в момент удара

В Инете есть мнение, что закругленное острие при ударе создает ударную волну, сам колун при этом отскакивает (своего мнения по данному моменту не имею).

[Xey]

Батороев в сообщении #681445 писал(а):

В Инете есть мнение, что закругленное острие при ударе создает ударную волну, сам колун при этом отскакивает (своего мнения по данному моменту не имею).

Про волну была мысль, но видимо скорость звука во льду или чурбане много больше скорости колуна.
Скорее это стационарный процесс.

[protest]

Батороев в сообщении #681445 писал(а):

закругленное острие при ударе создает ударную волну

Лезвие колуна, хорошего колуна, не закруглено. Принцип действия колуна расколоть полено. Для этого лезвие колуна должно войти между волокнами, поэтому оно не должно быть тупо-закруглённым. А угол лезвия должен быть большим, чем у топора, так как колун в отличие от топора не режет древесину, а раскалывает.

Что касается раскалывания льда, то по идее лёд надо ломать снизу. Но для этого нужна другая конструкция тротуара, с механическими элементами.

[Munin]

druggist в сообщении #681425 писал(а):

Я уже писал, если кромка скругленная, то в самый момент удара на чурбачок действуют силы в поперечном направление(с острой кромкой эти силы меньше) и раздирают его на половинки. Если чурбачок сухой без сучков, он должен разлетаться на части уже в момент удара

Раздирание важно, если чурбачок сырой или с сучками. В этот момент лезвие может заклиниться, если угол клина лезвия меньше - тут речь идёт о коэффициенте трения дерева по железу, который равен тангенсу половины угла, при котором происходит заклинивание. Такой большой величины, как $\tg 15^\circ\approx 0{,}27,$ этот коэффициент обычно не достигает, поэтому угла клина 30° и хватает. А когда достигает - лезвие всё ещё легко выдернуть (чтобы лезвие было трудно выдернуть, угол под тангенсом должен быть значительно больше). Если бы угол клина лезвия был 5°, то заклинивание происходило бы практически всегда, а выдернуть лезвие часто было бы трудно.

Второй фактор, связанный с углом клина лезвия - это насколько глубоко входит клин. Для более острого клина торможение клина меньше, и он входит глубже в щель, причём раздвигает её на меньшее расстояние. Оптимально тратить кинетическую энергию колуна на раздвигание щели, а не на торможение. Если бы не торможение трением, более узкий клин был бы более эффективен: он создаёт большую раздвигающую силу при той же силе вдоль клина.

А от угла кромки при раскалывании сухого без сучков чурбачка поперечные силы не зависят. Они попросту гуковские, до момента наступления необратимой деформации, а потом нелинейные, но тоже зависящие только от ширины щели. Более тупая кромка сталкивается с большими продольными силами против своего движения. Почему кромку не затачивают - думаю, что во-первых, просто незачем, а во-вторых, может быть, тупая кромка "позволяет" дереву "самому выбрать", по какой линии раскалываться, а заточенная - "навязывает" дереву линию точно под своим заострённым краем. Между тем, дерево неоднородно, и раскалывание в разных местах происходит с разной лёгкостью, так что тупая кромка в этом плане может быть выгоднее.

И всё это очень далеко от вопросов колки льда :-) У льда гуковский участок пренебрежимо мал, а волокон, направленных вдоль чурбачка, нет.

Батороев в сообщении #681445 писал(а):

В Инете есть мнение, что закругленное острие при ударе создает ударную волну

Да ну, ерунда какая. Для этого колун должен двигаться быстрее скорости звука в древесине, а она порядка скорости звука в воде (полтора км/сек), гораздо больше скорости звука в воздухе :-) Вы можете махать колуном со сверхзвуковой скоростью?

[druggist]

Munin в сообщении #681650 писал(а):

Более тупая кромка сталкивается с большими продольными силами против своего движения. Почему кромку не затачивают - думаю, что во-первых, просто незачем, а во-вторых, может быть, тупая кромка "позволяет" дереву "самому выбрать", по какой линии раскалываться, а заточенная - "навязывает" дереву линию точно под своим заострённым краем. Между тем, дерево неоднородно, и раскалывание в разных местах происходит с разной лёгкостью, так что тупая кромка в этом плане может быть выгоднее.

Это какая-то фантасмагория мысли, все же просто, если применять ясные физические принципы. При контакте поверхности среды с более твердым предметом в среде возникает поле упругих деформаций, что в свою очередь приводит к полю упругих напряжений. Тело, среда необратимо изменяет свою форму под действием сдвиговых компонент напряжений (см. тензор упругих напряжений), которые превышают предел текучести(для вязкой среды) или предел прочности(для хрпкой). Так в корпусе подводной лодки возникают громадные нормальные компоненты напряжений, но благодаря форме сдвиговых компонент не возникает. поэтому её и не плющит на глубине. Разваливание чурбака на половины колуном с закругленной кромкой - это тоже процесс формоизменения. Так вот, он принципиально отличается от процесса резки или колки, в котором узкий или тонкий предмет создает сдвиговые напряжения в малой узкой области. А скругленный предмет создает давление во все стороны от места контакта.Создаваемое поле упругих напряжений будет слегка напоминать ситуацию, когда мы растягиваем среду, что приводит к появлению сдвиговых компонент перпендикулярно поверхности, т.е., вдоль волокон. Еще раз,этот процесс принципиально отличен от колки или резки, попробуйте тем же колуном рубить дерево...:)

[Munin]

Простите, я слишком хорошо знаю, что такое сдвиговые напряжения, чтобы согласиться с вашей "фантасмагорией мысли".

С идеей, что всё просто, и излагать надо просто, согласен. Готов также согласиться, что мы оба этого не достигли :-)

[druggist]

Munin в сообщении #681908 писал(а):

Готов также согласиться, что мы оба этого не достигли

А что, готов согласиться с вами. Ровно наполовину:)

[Xey]

Соглашательство не пойдет, дворники ждут колун или топор , точить или не точить.
Я высказал соображения в пользу малого клина

Xey в сообщении #678747 писал(а):

Надо учитывать трение клина о древесину. При малом угле путь проходимый клином по вертикали больше, чем про большом угле. Поэтому, при малом угле потери энергии колуна на работу трения больше.
Еще надо учитывать предел упругой деформации , после которой начинается образовываться трещина.

Трение о лед существенно меньше трения о дерево . И предел упругой деформации льда существенно меньше чем дерева .
Есть ощущение , что для льда нужен клин с меньшим углом, чем для дерева.

Эти соображения подтверждает Munin

Munin в сообщении #681650 писал(а):

Второй фактор, связанный с углом клина лезвия - это насколько глубоко входит клин. Для более острого клина торможение клина меньше, и он входит глубже в щель, причём раздвигает её на меньшее расстояние. Оптимально тратить кинетическую энергию колуна на раздвигание щели, а не на торможение. Если бы не торможение трением, более узкий клин был бы более эффективен: он создаёт большую раздвигающую силу при той же силе вдоль клина.

Если вспомним о малом пределе упругой деформации льда и о том, что

Xey в сообщении #679857 писал(а):

Клин в первую очередь распирает верхние слои ледяного слоя , поэтому они откалываются от нижних , которые остаются.

То в итоге получим, что нужнен инструмент с малым клином (я предпочту острый).
Выяснить бы оптимальную массу инструмента - долбить тяжелым с малой скоростью опускания или легким с большой, другими словами, что требуется инструменту импульс или энергия?

[Munin]

Xey в сообщении #681978 писал(а):

Выяснить бы оптимальную массу инструмента - долбить тяжелым с малой скоростью опускания или легким с большой, другими словами, что требуется инструменту импульс или энергия?

Этот вопрос тесно связан с другим: одинаковое мускульное усилие человека соответствует одинаковому импульсу или одинаковой энергии?

[druggist]

Колун с закругленной кромкой имеет скорее всего тысячелетнюю историю. Если колка льда стояла также остро как и обеспечение дровами решение было бы также найдено. Самое главное это откалывать как можно большие куски с как можно меньшим усилием. Наблюдения показывают, что в морозную погоду процесс весьма неэффективен и трудоемок. Насколько может помочь эффект Ребиндера непонятно, но больше никаких иноваций в этом процессе не не вижу

[Munin]

В истории, лёд кололи не на асфальтовых дорогах и не на мостовых, а прежде всего на реках. Немало, конечно.

[Xey]

Munin в сообщении #682089 писал(а):

В истории, лёд кололи не на асфальтовых дорогах и не на мостовых, а прежде всего на реках. Немало, конечно.

На реках его пилили обычной пилой сверху вниз, с водяной смазкой.

Может и перед гаражем напилить на квадратики, болгаркой, до появления искр от асфальта?
Или проплавить электронагреваемой проволокой . Надо считать затраты энегии на измельчение льда (в распиле) пилой и на расплавление (в проплаве ) проволокой. Думаю тепловой способ очень затратен.

[protest]

druggist в сообщении #681989 писал(а):

Колун с закругленной кромкой имеет скорее всего тысячелетнюю историю.

Нашёл в интернете

Цитата:

Топор колуна не заменит, а колун не заменит топор, оба нужны. Со временем колун зазубривается и поэтому заточить его не мешает. Но не как топор конечно. Несомненно, как любой режущий, колющий инструмент колун то же должен быть острым. При этом угол между плоскостями лезвия должен составлять 40 - 60 градусов, а само лезвие шириной 70 - 80мм. Откалывать поленья у крупного чурбака легче по периметру. Топор является инструментом для обработки древесины, им колоть дрова нельзя, лишняя трата сил и времени. Колун является обычным клином на рукоятке. При ударе о дерево он входит в него, при этом вертикальный вектор силы распределяется на два горизонтальных, которые разрывают дерево вдоль волокон. Это известно из курса физики. Поэтому в колуне важны вес, длина рукоятки и форма клина. Обычно профиль клина переменный, острый угол к обуху переходит в несколько больший угол. Поэтому заточка должна повторять угол клина.
Заточим Ваш колун в течение 10 минут.

Адреса мастерских: