अधिकांश वस्तुएं वास्तव में उतनी चिकनी नहीं हैं जितनी आपको लगता है कि वे हैं। सूक्ष्म स्तर पर, स्पष्ट रूप से चिकनी सतह भी वास्तव में छोटी पहाड़ियों और घाटियों का एक परिदृश्य है, जो बहुत छोटा है वास्तव में देखने के लिए लेकिन जब दो संपर्कों के बीच सापेक्ष गति की गणना करने की बात आती है तो एक बड़ा अंतर होता है सतहें।
सतहों में ये छोटी-छोटी खामियां आपस में जुड़ जाती हैं, जिससे घर्षण बल उत्पन्न होता है, जो कि किसी भी गति के विपरीत दिशा और वस्तु पर शुद्ध बल निर्धारित करने के लिए गणना की जानी चाहिए।
घर्षण के कुछ भिन्न प्रकार होते हैं, लेकिनकाइनेटिक घर्षणअन्यथा के रूप में जाना जाता हैसर्पी घर्षण, जबकिस्थैतिक घर्षणवस्तु को प्रभावित करता हैइससे पहलेयह हिलना शुरू कर देता है औररोलिंग घर्षणविशेष रूप से पहियों की तरह लुढ़कने वाली वस्तुओं से संबंधित है।
सीखना कि गतिज घर्षण का क्या अर्थ है, घर्षण का उपयुक्त गुणांक कैसे ज्ञात करें और कैसे करें गणना करें यह आपको वह सब कुछ बताता है जो आपको भौतिकी की समस्याओं से निपटने के लिए जानने की आवश्यकता है जिसमें शामिल हैं टकराव।
गतिज घर्षण की परिभाषा
सबसे सीधी गतिज घर्षण परिभाषा है: एक सतह और उसके खिलाफ गतिमान वस्तु के बीच संपर्क के कारण गति का प्रतिरोध। गतिज घर्षण बल कार्य करता है
का विरोधवस्तु की गति, इसलिए यदि आप किसी चीज को आगे की ओर धकेलते हैं, तो घर्षण उसे पीछे की ओर धकेलता है।गतिज काल्पनिक बल केवल उस वस्तु पर लागू होता है जो गतिमान है (इसलिए "गतिज"), और अन्यथा इसे स्लाइडिंग घर्षण के रूप में जाना जाता है। यह वह बल है जो स्लाइडिंग गति का विरोध करता है (फर्शबोर्ड पर एक बॉक्स को धक्का देता है), और विशिष्ट हैंघर्षण के गुणांकइसके लिए और अन्य प्रकार के घर्षण (जैसे रोलिंग घर्षण) के लिए।
ठोस पदार्थों के बीच घर्षण का अन्य प्रमुख प्रकार स्थैतिक घर्षण है, और यह गति का प्रतिरोध है जो a. के बीच घर्षण के कारण होता हैफिर भीवस्तु और सतह।स्थैतिक घर्षण का गुणांकआमतौर पर गतिज घर्षण के गुणांक से बड़ा होता है, यह दर्शाता है कि घर्षण बल उन वस्तुओं के लिए कमजोर है जो पहले से ही गति में हैं।
गतिज घर्षण के लिए समीकरण
घर्षण बल को समीकरण का उपयोग करके सबसे अच्छी तरह परिभाषित किया जाता है। घर्षण बल विचाराधीन घर्षण के प्रकार और वस्तु पर सतह द्वारा लगाए गए सामान्य बल के परिमाण के लिए घर्षण गुणांक पर निर्भर करता है। फिसलने वाले घर्षण के लिए, घर्षण बल द्वारा दिया जाता है:
F_k = μ_k F_n
कहा पेएफक गतिज घर्षण बल है,μक फिसलने वाले घर्षण (या गतिज घर्षण) का गुणांक है औरएफनहीं यदि समस्या में एक क्षैतिज सतह शामिल है और कोई अन्य ऊर्ध्वाधर बल कार्य नहीं कर रहे हैं, तो वस्तु के वजन के बराबर सामान्य बल है (अर्थात,एफनहीं = मिलीग्राम, कहां हैमवस्तु का द्रव्यमान है औरजीगुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है)। चूँकि घर्षण एक बल है, घर्षण बल की इकाई न्यूटन (N) है। गतिज घर्षण का गुणांक इकाई रहित होता है।
स्थैतिक घर्षण के लिए समीकरण मूल रूप से समान है, सिवाय स्लाइडिंग घर्षण गुणांक को स्थिर घर्षण गुणांक द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है (μरों). यह वास्तव में अधिकतम मूल्य के रूप में सबसे अच्छा माना जाता है क्योंकि यह एक निश्चित बिंदु तक बढ़ जाता है, और फिर यदि आप वस्तु पर अधिक बल लगाते हैं, तो यह चलना शुरू हो जाएगा:
F_s \leq μ_s F_n
काइनेटिक घर्षण के साथ गणना
क्षैतिज सतह पर गतिज घर्षण बल का कार्य करना सीधा है, लेकिन झुकी हुई सतह पर थोड़ा अधिक कठिन है। उदाहरण के लिए, के द्रव्यमान वाला कांच का ब्लॉक लेंम= 2 किलो, एक क्षैतिज कांच की सतह पर धकेला जा रहा है,𝜇क = 0.4। आप संबंध का उपयोग करके आसानी से गतिज घर्षण बल की गणना कर सकते हैंएफनहीं = मिलीग्रामऔर ध्यान रहे किजी= 9.81 मी/से2:
\शुरू {गठबंधन} F_k &= μ_k F_n \\ &= μ_k mg \\ &= 0.4 × 2 \;\text{kg} × 9.81 \;\text{m/s}^2 \\ &= 7.85 \; \पाठ{एन} \अंत{गठबंधन}
अब उसी स्थिति की कल्पना करें, सिवाय इसके कि सतह क्षैतिज से 20 डिग्री पर झुकी हुई है। सामान्य बल के घटक पर निर्भर करता हैवजनसतह पर लंबवत निर्देशित वस्तु का, जो द्वारा दिया गया हैमिलीग्रामक्योंकि (θ), कहां हैθझुकाव का कोण है। ध्यान दें किमिलीग्रामपाप (θ) आपको गुरुत्वाकर्षण बल को झुकाव के नीचे खींच रहा है।
गति में ब्लॉक के साथ, यह देता है:
\शुरू {गठबंधन} F_k &= μ_k F_n \\ &= μ_k मिलीग्राम \; \cos (θ) \\ &= 0.4 × 2 \;\text{kg} × 9.81 \;\text{m/s}^2 × \cos (20°)\\ &= 7.37 \;\text{N } \अंत{गठबंधन}
आप एक साधारण प्रयोग से स्थैतिक घर्षण के गुणांक की गणना भी कर सकते हैं। कल्पना कीजिए कि आप कंक्रीट में लकड़ी के 5 किलो के ब्लॉक को धकेलना या खींचना शुरू करने की कोशिश कर रहे हैं। यदि आप बॉक्स के हिलने-डुलने के सटीक क्षण पर लागू बल को रिकॉर्ड करते हैं, तो आप लकड़ी और पत्थर के लिए घर्षण के उपयुक्त गुणांक को खोजने के लिए स्थैतिक घर्षण समीकरण को फिर से व्यवस्थित कर सकते हैं। यदि ब्लॉक को स्थानांतरित करने में 30 N बल लगता है, तो अधिकतम के लिएएफरों = 30 एन, तो:
F_s = μ_s F_n
इसे फिर से व्यवस्थित करें:
\begin{aligned} μ_s &= \frac{F_s}{F_n} \\ &= \frac{F_s}{mg} \\ &= \frac{30 \;\text{N}}{5 \;\text {kg}×9.81 \;\text{m/s}^2} \\ &= \frac{30 \;\text{N}}{49.05 \;\text{N}} \\ &= 0.61 \end {गठबंधन}
तो गुणांक लगभग 0.61 है।