Różnica między udźwigiem a siłą przesuwającą

Albo: Dlaczego mój magnes na ścianie nie utrzymuje pełnego udźwigu?

Maksymalne obciążenie magnesu na danym podłożu ferromagnetycznym zależy w dużym stopniu od kierunku przyłożenia siły.

Podawana przez nas maksymalna „udźwig” dotyczy siły przytrzymującej działającej prostopadle do powierzchni kontaktu.

Jeśli natomiast siła przytrzymująca działa równolegle do powierzchni kontaktu (kierunek ścinania), jej maksymalna wartość jest znacznie mniejsza (ok. 15–25% podawanej „udźwigu”).

Te wartości można poprawić, stosując specjalne produkty dostępne w naszym sklepie oraz eksperymentując z różnymi powierzchniami.

Spis treści

Być może mieli już Państwo okazję zaobserwować to zjawisko: Aby odciągnąć magnes prostopadle od powierzchni kontaktu, potrzeba znacznie więcej siły, niż aby przesunąć magnes w bok. Analogicznie: Podniesienie ciężkiej skrzyni z podłogi jest wyraźnie bardziej męczące niż przesunięcie jej po gładkiej podłodze.

Tę siłę działającą w kierunku bocznym nazywa się siłą ścinającą lub siłą przesuwającą.

Siła przytrzymująca prostopadła do powierzchni kontaktu

Podana dla każdego magnesu maksymalna teoretyczna siła przytrzymująca obowiązuje między innymi wtedy, gdy siła działa prostopadle do powierzchni kontaktu (inne czynniki zob. FAQ "Jak mocno ten magnes trzyma?").

Ilustracja – siła przytrzymująca prostopadle do powierzchni kontaktu

a = udźwig magnesu
b = siła przytrzymująca

Siła przytrzymująca pod kątem do powierzchni kontaktu

a = siła przyczepności magnesu
b = siła przytrzymująca
c = siła tarcia

Jeśli siła przytrzymująca nie działa prostopadle do powierzchni kontaktu, jej wartość maksymalna zależy ponadto od siły tarcia między elementem mocowanym a magnesem. Po przekroczeniu wartości maksymalnej magnes zaczyna się ślizgać. Maksymalna siła tarcia jest z kolei zależna od następujących czynników:

Chropowatość obu powierzchni kontaktu: Im bardziej chropowate są obie powierzchnie, tym większa maksymalna siła tarcia. Nierówne powierzchnie kontaktu zazębiają się ze sobą (zob. rysunek poniżej).
Siła docisku: Im większa siła, z jaką obie powierzchnie kontaktu są dociskane do siebie, tym większa maksymalna siła tarcia.

Ilustracja – chropowatość magnesu i powierzchni kontaktu

Siła przytrzymująca równoległa do powierzchni kontaktu: siła ścinająca / siła przesuwająca

Ilustracja – siła ścinająca / siła przesuwająca

a = siła przyczepności magnesu
b = maksymalna siła przytrzymująca

W wielu zastosowaniach magnetycznych siła przytrzymująca działa równolegle do powierzchni kontaktu, np. gdy przymocują Państwo nóż do magnetycznej listwy na noże. W takich przypadkach magnes można obciążyć znacznie mniej niż podana maksymalna siła przytrzymująca.

Ponieważ właściwości powierzchni elementu ferromagnetycznego są różne i nie są nam znane, możemy podać jedynie ogólne wytyczne dotyczące maksymalnej siły przytrzymującej działającej równolegle do powierzchni kontaktu.

Praktyczne reguły dla siły ścinającej / siły przesuwającej

Materiał magnesu	Połączenie materiałów	Udźwig magnesu (a)	Siła przytrzymująca (b)
Magnesy neodymowe	Żelazo - żelazo	100 %	ok. 15 %
Magnesy ferrytowe	Żelazo - żelazo	100 %	ok. 15 %
Taśmy i folie magnetyczne	Tworzywo sztuczne - żelazo	100 %	ok. 25 %

Przykład: Do haczyka magnetycznego przylegającego do ściany BD-FTN-40 (materiał: neodym) o maksymalnym udźwigu 50 kg można powiesić ciężary o masie ok. 7,5 kg, zanim magnes zacznie zsuwać się po ścianie.

Możliwości optymalizacji

Powyższe wartości pochodzą z pomiaru na grubej, wypolerowanej płycie żelaznej. Poprzez staranny dobór materiałów i wynikającego z tego tarcia, wartość tę można zwiększyć nawet do 50% udźwigu magnesu. Nasze propozycje:

Przyklej na tylnej stronie magnesów nasze taśma z kauczuku.
Używaj magnesów w gumie lub podkładek silikonowych na spodzie magnesów.
Używaj odpowiednich gumowych nakładek lub płytek metalowych z rantem na spodzie uchwytów magnetycznych.
Eksperymentuj z bardziej chropowatymi i gładszymi metalowymi powierzchniami, aby znaleźć optimum.

Wszystkie te działania mogą znacząco zwiększyć maksymalny udźwig w kierunku ścinania.