Sakinlik, sürüşmə və yuvarlanma sürtünmə qüvvələrinin işi. Problemlərin düsturları və nümunələri

2024 Müəllif: Angel Austin | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-02 17:41

Fizikanın xüsusi bölməsində - dinamikada cisimlərin hərəkətini öyrənərkən hərəkət edən sistemə təsir edən qüvvələri nəzərə alırlar. Sonuncu həm müsbət, həm də mənfi işi yerinə yetirə bilər. Bu məqalədə sürtünmə qüvvəsinin işinin nə olduğunu və onun necə hesablandığını nəzərdən keçirək.

Fizikada iş anlayışı

Fizikada "iş" anlayışı bu sözün adi ideyasından fərqlidir. İş dedikdə, qüvvə vektorunun skalyar hasilinə və cismin yerdəyişmə vektoruna bərabər olan fiziki kəmiyyət başa düşülür. F ¯ qüvvəsinin təsir etdiyi hansısa cisim olduğunu düşünək. Onun üzərinə başqa qüvvələr təsir etmədiyi üçün onun yerdəyişmə vektoru l¯ F¯ vektoru ilə istiqamətdə üst-üstə düşəcək. Bu vəziyyətdə bu vektorların skalyar hasili onların modullarının hasilinə uyğun olacaq, yəni:

A=(F¯l¯)=Fl.

A dəyəri cismi l məsafəyə köçürmək üçün F¯ qüvvəsinin gördüyü işdir. F və l dəyərlərinin ölçülərini nəzərə alaraq, işin SI sistemində metr başına nyutonla (Nm) ölçüldüyünü görürük. Bununla belə, vahidNm öz adı var - bu bir joule. Bu o deməkdir ki, iş anlayışı enerji anlayışı ilə eynidir. Başqa sözlə, 1 nyutonluq qüvvə bir cismi 1 metr hərəkət etdirirsə, o zaman müvafiq enerji xərcləri 1 joul olur.

Sürtünmə qüvvəsi nədir?

Sürtünmə qüvvəsinin işi sualını öyrənmək, hansı qüvvədən bəhs etdiyimizi bilsəniz mümkündür. Fizikada sürtünmə bu səthlər təmasda olduqda bir cismin digərinin səthində hər hansı hərəkətinin qarşısını alan prosesdir.

Yalnız bərk cisimləri nəzərə alsaq, onda onlar üçün üç növ sürtünmə var:

• istirahət;
• slip;
• yuvarlanır.

Bu qüvvələr təmasda olan səthlər arasında hərəkət edir və həmişə cisimlərin hərəkətinə qarşı yönəlir.

İstirahət sürtünməsi hərəkətin özünün qarşısını alır, sürüşmə sürtünməsi hərəkət prosesində, cisimlərin səthləri bir-birinin üzərində sürüşdükdə və səthdə yuvarlanan cisimlə səthin özü arasında yuvarlanan sürtünmə mövcud olduqda özünü göstərir.

Statik sürtünmənin təsirinə misal olaraq, yamacda əl əyləcinin üzərində olan avtomobili göstərmək olar. Sürüşmə sürtünməsi xizəkçi qarda və ya skater buz üzərində hərəkət etdikdə özünü göstərir. Nəhayət, avtomobilin təkəri yol boyu hərəkət edərkən yuvarlanan sürtünmə təsir göstərir.

Hər üç növ sürtünmə üçün qüvvələr aşağıdakı düsturla hesablanır:

F_t=µ_tN.

Burada N dəstək reaksiya qüvvəsidir, µ_t sürtünmə əmsalıdır. Güc Nsəthin müstəvisinə perpendikulyar olan cismə dəstəyin təsirinin böyüklüyünü göstərir. µ_{t parametrinə gəldikdə, o, hər bir sürtünmə materialı cütü üçün, məsələn, ağac-ağac, polad-qar və s. üçün eksperimental olaraq ölçülür. Ölçülmüş nəticələr xüsusi cədvəllərdə toplanır.}

Hər bir sürtünmə qüvvəsi üçün µ_{t əmsalı seçilmiş material cütü üçün öz dəyərinə malikdir. Beləliklə, statik sürtünmə əmsalı sürüşmə sürtünmə əmsalı ilə müqayisədə bir neçə on faiz böyükdür. Öz növbəsində yuvarlanma əmsalı sürüşmə əmsalı ilə müqayisədə 1-2 dərəcə kiçikdir.}

Sürtünmə qüvvələrinin işi

İndi iş anlayışları və sürtünmə növləri ilə tanış olduqdan sonra birbaşa məqalənin mövzusuna keçə bilərsiniz. Gəlin bütün növ sürtünmə qüvvələrini ardıcıllıqla nəzərdən keçirək və onların hansı işi gördüyünü anlayaq.

Statik sürtünmə ilə başlayaq. Bu tip bədən hərəkət etmədikdə özünü göstərir. Hərəkət olmadığı üçün onun yerdəyişmə vektoru l¯ sıfıra bərabərdir. Sonuncu o deməkdir ki, statik sürtünmə qüvvəsinin işi də sıfıra bərabərdir.

Sürüşmə sürtünməsi, tərifinə görə, yalnız bədən kosmosda hərəkət edərkən təsir edir. Bu növ sürtünmə qüvvəsi həmişə bədənin hərəkətinə qarşı yönəldiyi üçün onun mənfi iş görməsi deməkdir. A dəyəri düsturla hesablana bilər:

A=-F_tl=-µ_tNl.

Sürüşmə sürtünmə qüvvəsinin işi bədənin hərəkətini yavaşlatmaq məqsədi daşıyır. Bu iş nəticəsində bədənin mexaniki enerjisi istiliyə çevrilir.

Yuvarlanan sürtünmə, sürüşmə kimi bədən hərəkətini də əhatə edir. Yuvarlanan sürtünmə qüvvəsi mənfi iş görür, bədənin ilkin fırlanmasını ləngidir. Bədənin fırlanmasından bəhs etdiyimiz üçün bu qüvvənin işinin dəyərini onun impulsunun işi ilə hesablamaq rahatdır. Müvafiq düstur belə yazılır:

A=-Mθ burada M=F_tR.

Burada θ fırlanma nəticəsində bədənin fırlanma bucağı, R səthdən fırlanma oxuna qədər olan məsafədir (təkərin radiusu).

Sürüşmə sürtünmə qüvvəsi ilə bağlı problem

Məlumdur ki, taxta blok maili taxta təyyarənin kənarındadır. Təyyarə 40o bucaq altında üfüqə meyllidir. Sürüşmə sürtünmə əmsalının 0,4, təyyarənin uzunluğunun 1 metr, çubuqun kütləsinin 0,5 kq-a uyğun olduğunu bilərək, sürüşmə sürtünməsinin işini tapmaq lazımdır.

Sürüşmə sürtünmə qüvvəsini hesablayın. Bu bərabərdir:

F_t=mgcos(α)µ_t=0.59.81cos(40 ^{o)0, 4=1,5 N.}

Onda müvafiq iş A olacaq:

A=-F_{tl=-1.51=-1.5 J.}

Yuvarlanan sürtünmə problemi

Məlumdur ki, təkər bir qədər yol boyu yuvarlanıb və dayanıb. Təkərin diametri 45 sm-dir. Təkərin dayanmadan əvvəl dövrələrinin sayı 100-dür.0,03-ə bərabər olan yuvarlanma əmsalını nəzərə alaraq, yuvarlanan sürtünmə qüvvəsinin işinin nəyə bərabər olduğunu tapmaq lazımdır. Təkərin kütləsi 5 kq-dır.

İlk olaraq yuvarlanan sürtünmə anını hesablayaq:

M=F_tR=µ_{tmgD/2=0,0359, 81 0, 45/2=0, 331 Nm.}

Çarxın etdiyi dövrələrin sayı 2pi radianla vurularsa, onda təkərin fırlanma bucağını θ alarıq. Sonra iş düsturu belədir:

A=-Mθ=-M2pin.

Burada n inqilabların sayıdır. Şərtdən M anını və n ədədini əvəz edərək, tələb olunan işi əldə edirik: A=- 207,87 J.