Sürtünmə qüvvəsi bədənin hər hansı bir hərəkətinin qarşısını alan fiziki kəmiyyətdir. Bu, bir qayda olaraq, cisimlər bərk, maye və qaz halında hərəkət etdikdə baş verir. Müxtəlif növ sürtünmə qüvvələri insan həyatında mühüm rol oynayır, çünki onlar cisimlərin sürətinin həddindən artıq artmasının qarşısını alır.
Sürtünmə qüvvələrinin təsnifatı
Ümumi halda, bütün növ sürtünmə qüvvələri üç növlə təsvir olunur: sürüşmə, yuvarlanma və istirahət sürtünmə qüvvəsi. Birincisi statik, digər ikisi dinamikdir. İstirahət zamanı sürtünmə bədənin hərəkətə başlamasına mane olur, öz növbəsində sürüşmə zamanı bədən hərəkəti zamanı başqa bir cismin səthinə sürtündükdə sürtünmə mövcuddur. Yuvarlanan sürtünmə yuvarlaq bir cisim hərəkət edərkən baş verir. Bir misal götürək. Bu növün (yaylanma sürtünmə qüvvəsi) parlaq nümunəsi avtomobil təkərlərinin asf alt üzərində hərəkətidir.
Sürtünmə qüvvələrinin təbiəti iki cismin sürtünmə səthləri arasında mikroskopik qüsurların olmasıdır. Bu səbəblə ortaya çıxan qüvvə hərəkət edirhərəkət edən və ya hərəkət etməyə başlayan cisim təmasda olan cisimlərin səthinə perpendikulyar olan dayağın N normal reaksiyasının qüvvəsi ilə F sürtünmə qüvvəsinin cəmindən ibarətdir. təmas səthi və bədənin hərəkətinin əksidir.
İki bərk cisim arasında sürtünmə
Müxtəlif növ sürtünmə qüvvələri məsələsini nəzərdən keçirərkən iki bərk cisim üçün aşağıdakı nümunələr müşahidə edilmişdir:
- Sürtünmə qüvvəsi dayaq səthinə paralel yönəldilir.
- Sürtünmə əmsalı təmasda olan səthlərin xarakterindən, həmçinin onların vəziyyətindən asılıdır.
- Maksimum sürtünmə qüvvəsi təmas səthləri arasında hərəkət edən normal qüvvə və ya dəstək reaksiyası ilə düz mütənasibdir.
- Eyni cisimlər üçün sürtünmə qüvvəsi bədən hərəkətə başlamazdan əvvəl daha böyük olur, sonra bədən hərəkət etməyə başlayanda azalır.
- Sürtünmə əmsalı təmas sahəsindən asılı deyil və praktiki olaraq sürüşmə sürətindən asılı deyil.
Qanunlar
Hərəkət qanunlarına dair eksperimental materialı ümumiləşdirərək, sürtünmə ilə bağlı aşağıdakı əsas qanunları müəyyən etdik:
- İki cisim arasında sürüşməyə qarşı müqavimət onların arasında hərəkət edən normal qüvvəyə mütənasibdir.
- Ovşan cisimlər arasında hərəkətə qarşı müqavimət onların arasındakı təmas sahəsindən asılı deyil.
İkinci qanunu nümayiş etdirmək üçün aşağıdakı nümunəni verə bilərik: bloku götürüb səthdə sürüşərək hərəkət etdirsəniz, belə bir hərəkət üçün lazım olan qüvvədir.blok uzun tərəfi ilə səthdə yatdıqda və ucu ilə dayandıqda eyni olacaq.
Fizikada müxtəlif növ sürtünmə qüvvələri ilə bağlı qanunlar 15-ci əsrin sonunda Leonard da Vinçi tərəfindən kəşf edilmişdir. Sonra onlar uzun müddət unudulmuş və yalnız 1699-cu ildə fransız mühəndisi Amonton tərəfindən yenidən kəşf edilmişdir. O vaxtdan bəri sürtünmə qanunları onun adını daşıyır.
Niyə sürtünmə qüvvəsi istirahətdə sürüşmə qüvvəsindən böyükdür?
Bir neçə növ sürtünmə qüvvələrini (istirahət və sürüşmə) nəzərdən keçirərkən qeyd etmək lazımdır ki, statik sürtünmə qüvvəsi həmişə statik sürtünmə əmsalı ilə dəstəyin reaksiya qüvvəsinin hasilindən az və ya ona bərabərdir. Bu sürtünmə materialları üçün sürtünmə əmsalı eksperimental olaraq müəyyən edilir və müvafiq cədvəllərə daxil edilir.
Dinamik qüvvə statik qüvvə ilə eyni şəkildə hesablanır. Yalnız bu halda, sürtünmə əmsalı sürüşmə üçün xüsusi olaraq istifadə olunur. Sürtünmə əmsalı adətən yunan hərfi Μ (mu) ilə işarələnir. Beləliklə, hər iki sürtünmə qüvvəsi üçün ümumi formula belədir: Ftr=ΜN, burada N dayaq reaksiya qüvvəsidir.
Bu növ sürtünmə qüvvələri arasındakı fərqin xarakteri dəqiq müəyyən edilməmişdir. Bununla belə, əksər alimlər hesab edirlər ki, statik sürtünmə qüvvəsi sürüşmə qüvvəsindən daha böyükdür, çünki cisimlər bir müddət bir-birinə nisbətən sükunət vəziyyətində olduqda onların səthləri arasında ion bağları və ya səthlərin ayrı-ayrı nöqtələrinin mikrofüzyonları yarana bilər. Bu amillər statik artıma səbəb olurgöstərici.
Bir neçə növ sürtünmə qüvvəsinə və onların təzahürünə misal olaraq avtomobil mühərrikinin silindrindəki pistonu göstərmək olar, mühərrik uzun müddət işləmədikdə silindrə "lehimlənir".
Üfüqi sürüşmə gövdəsi
Fin xarici qüvvənin təsiri altında sürüşərək səth boyunca hərəkət etməyə başlayan cismin hərəkət tənliyini alaq. Bu zaman bədənə aşağıdakı qüvvələr təsir edir:
- Fv – xarici qüvvə;
- Ftr – Fv;
- N mütləq qiymətinə görə P bədəninin çəkisinə bərabər olan və səthə, yəni ona düz bucaq altında yönəlmiş dəstəyin reaksiya qüvvəsidir.
qüvvəsinə əks istiqamətdə olan sürtünmə qüvvəsi
Bütün qüvvələrin istiqamətlərini nəzərə alaraq, bu hərəkət halı üçün Nyutonun ikinci qanununu yazırıq: Fv - Ftr=ma, burada m - bədən kütləsi, a - hərəkətin sürətlənməsi. Bilərək ki, Ftr=ΜN, N=P=mg, burada g sərbəst düşmə sürətidir, biz əldə edirik: Fv – Μmg=ma. Buradan, sürüşən cismin hərəkət etdiyi sürətlənməni ifadə edərək, alırıq: a=F, / m – Μg.
Mayedə bərk cismin hərəkəti
Hansı sürtünmə qüvvələrinin mövcud olduğunu nəzərdən keçirərkən, fizikada mühüm bir hadisəni qeyd etmək lazımdır ki, bu da bərk cismin mayedə necə hərəkət etməsinin təsviridir. Bu zaman söhbət aerodinamik sürtünmədən gedir ki, bu da mayenin içindəki bədənin sürətindən asılı olaraq müəyyən edilir. İki növ hərəkət var:
- Nə vaxtsərt cisim aşağı sürətlə hərəkət edir, biri laminar hərəkətdən danışır. Laminar hərəkətdə sürtünmə qüvvəsi sürətə mütənasibdir. Sferik cisimlər üçün Stokes qanunu nümunədir.
- Cismin mayedə hərəkəti müəyyən hədd dəyərindən daha yüksək sürətlə baş verdikdə, maye axınlarından qaynaqlanan burulğanlar bədənin ətrafında görünməyə başlayır. Bu burulğanlar hərəkətə mane olan əlavə qüvvə yaradır və nəticədə sürtünmə qüvvəsi sürətin kvadratına mütənasib olur.
Yalma sürtünmə qüvvəsinin təbiəti
Sürtünmə qüvvələrinin növləri haqqında danışarkən, yuvarlanan sürtünmə qüvvəsini üçüncü növ adlandırmaq adətdir. Bədənin müəyyən bir səth üzərində yuvarlanması və bu cismin deformasiyası və səthin özü meydana gəldiyi zaman özünü göstərir. Yəni, tamamilə deformasiya olunmayan cisim və səth vəziyyətində yuvarlanan sürtünmə qüvvəsindən danışmağın mənası yoxdur. Gəlin daha yaxından nəzər salaq.
Yalma sürtünmə əmsalı anlayışı sürüşmə üçün olana bənzəyir. Yuvarlama zamanı gövdələrin səthləri arasında sürüşmə olmadığı üçün yuvarlanan sürtünmə əmsalı sürüşmə ilə müqayisədə xeyli azdır.
Əmsala təsir edən əsas amil yuvarlanan sürtünmə qüvvəsinin növü üçün mexaniki enerjinin histerezidir. Xüsusilə, təkər, hazırlandığı materialdan, eləcə də daşıdığı yükdən asılı olaraq, hərəkət zamanı elastik deformasiyaya uğrayır. Elastik deformasiyanın təkrarlanan dövrləri mexaniki enerjinin bir hissəsinin istilik enerjisinə keçməsinə səbəb olur. Bundan əlavə, səbəbiyləzədə, təkərin və səthin təması artıq müəyyən təmas sahəsinə malikdir.
yuvarlanan sürtünmə qüvvəsi düsturu
Təkəri fırladan qüvvə momenti ifadəsini tətbiq etsək, onda ala bilərik ki, yuvarlanan sürtünmə qüvvəsi Ftr.k.=Μ k N / R, burada N dəstəyin reaksiyası, R təkərin radiusu, Μк – yuvarlanan sürtünmə əmsalıdır. Beləliklə, yuvarlanan sürtünmə qüvvəsi radiusla tərs mütənasibdir və bu, böyük təkərlərin kiçik təkərlərdən üstünlüyünü izah edir.
Bu qüvvənin təkərin radiusuna tərs mütənasibliyi onu deməyə əsas verir ki, eyni kütləyə malik olan və eyni materialdan hazırlanmış müxtəlif radiuslu iki təkər vəziyyətində daha böyük radiuslu təkər daha asan olur. bud.
Yürümə nisbəti
Bu növ sürtünmə qüvvəsi üçün düstura uyğun olaraq, yuvarlanan sürtünmə əmsalı Μk uzunluq ölçüsünə malik olduğunu alırıq. Bu, əsasən təmasda olan orqanların təbiətindən asılıdır. Yuvarlanan sürtünmə əmsalının radiusa nisbəti ilə müəyyən edilən dəyər yuvarlanma əmsalı adlanır, yəni Ck=Μk / R ölçüsüz kəmiyyətdir.
Yalma əmsalı Ck sürüşmə sürtünmə əmsalından əhəmiyyətli dərəcədə azdır Μtr. Buna görə də, hansı növ sürtünmə qüvvəsinin ən kiçik olduğu sualına cavab verərkən, yuvarlanan sürtünmə qüvvəsini təhlükəsiz adlandıra bilərik. Bu fakt sayəsində təkərin ixtirası texnoloji tərəqqidə mühüm addım hesab olunur.insanlıq.
Yükləmə nisbəti sistemə xasdır və aşağıdakı amillərdən asılıdır:
- təkərin və səthin sərtliyi (hərəkət zamanı cisimlərin deformasiyası nə qədər kiçik olarsa, yuvarlanma əmsalı bir o qədər aşağı olar);
- təkər radiusu;
- təkərə təsir edən çəki;
- təmas səthinin sahəsi və onun forması;
- təkərlə səthin təmas sahəsindəki özlülük;
- bədən temperaturu
