Çoğu nesne düşündüğünüz kadar pürüzsüz değildir. Mikroskobik düzeyde, görünüşte pürüzsüz yüzeyler bile gerçekten çok küçük, çok küçük tepeler ve vadilerden oluşan bir manzaradır. gerçekten görmek ama konu iki temas arasındaki bağıl hareketi hesaplamaya geldiğinde büyük bir fark yaratmak. yüzeyler.
Yüzeylerdeki bu küçük kusurlar birbirine kenetlenir ve sürtünme kuvvetine yol açar. herhangi bir harekete ters yönde ve nesne üzerindeki net kuvveti belirlemek için hesaplanmalıdır.
Birkaç farklı sürtünme türü vardır, ancakkinetik sürtünmeaksi olarak bilinirkayma sürtünmesi, sürestatik sürtünmenesneyi etkileröncehareket etmeye başlar veyuvarlanma sürtünmesiözellikle tekerlekler gibi dönen nesnelerle ilgilidir.
Kinetik sürtünmenin ne anlama geldiğini, uygun sürtünme katsayısının nasıl bulunacağını ve nasıl bulunacağını öğrenmek hesaplayın, kuvvet içeren fizik problemlerini çözmek için bilmeniz gereken her şeyi size söyler. sürtünme.
Kinetik Sürtünmenin Tanımı
En basit kinetik sürtünme tanımı şudur: bir yüzey ile ona karşı hareket eden nesne arasındaki temasın neden olduğu harekete karşı direnç. Kinetik sürtünme kuvveti,
karşı çıkmaknesnenin hareketi, yani bir şeyi ileri doğru iterseniz, sürtünme onu geriye doğru iter.Kinetik kurgu kuvveti yalnızca hareket eden (dolayısıyla "kinetik") bir nesne için geçerlidir ve aksi takdirde kayma sürtünmesi olarak bilinir. Bu, kayma hareketine (bir kutuyu döşeme tahtaları boyunca iterek) karşı koyan kuvvettir ve belirlisürtünme katsayılarıbu ve diğer sürtünme türleri için (yuvarlanma sürtünmesi gibi).
Katılar arasındaki diğer büyük sürtünme türü statik sürtünmedir ve bu, bir cisim arasındaki sürtünmenin neden olduğu harekete karşı dirençtir.halanesne ve bir yüzey.statik sürtünme katsayısıgenellikle kinetik sürtünme katsayısından daha büyüktür, bu da zaten hareket halinde olan nesneler için sürtünme kuvvetinin daha zayıf olduğunu gösterir.
Kinetik Sürtünme Denklemi
Sürtünme kuvveti en iyi bir denklem kullanılarak tanımlanır. Sürtünme kuvveti, söz konusu sürtünme tipinin sürtünme katsayısına ve yüzeyin cisme uyguladığı normal kuvvetin büyüklüğüne bağlıdır. Kayma sürtünmesi için sürtünme kuvveti şu şekilde verilir:
F_k = μ_k F_n
NeredeFk kinetik sürtünme kuvvetidir,μk kayma sürtünmesi (veya kinetik sürtünme) katsayısıdır veFn normal kuvvettir, problem yatay bir yüzey içeriyorsa ve başka hiçbir dikey kuvvet etki etmiyorsa cismin ağırlığına eşittir (yani,Fn = mg, neredemnesnenin kütlesi vegyerçekimi ivmesidir). Sürtünme bir kuvvet olduğundan, sürtünme kuvvetinin birimi Newton'dur (N). Kinetik sürtünme katsayısı birimsizdir.
Statik sürtünme denklemi temelde aynıdır, ancak kayma sürtünme katsayısının yerine statik sürtünme katsayısı (μs). Bu gerçekten en iyi maksimum değer olarak düşünülür çünkü belirli bir noktaya kadar artar ve sonra nesneye daha fazla kuvvet uygularsanız hareket etmeye başlar:
F_s \leq μ_s F_n
Kinetik Sürtünmeli Hesaplamalar
Kinetik sürtünme kuvvetini hesaplamak yatay bir yüzeyde basittir, ancak eğimli bir yüzeyde biraz daha zordur. Örneğin, kütlesi olan bir cam blok alın.m= 2 kg, yatay bir cam yüzey boyunca itilirken,𝜇k = 0.4. İlişkiyi kullanarak kinetik sürtünme kuvvetini kolayca hesaplayabilirsiniz.Fn = mgve şunu not etmekg= 9,81 m/s2:
\begin{hizalanmış} F_k &= μ_k F_n \\ &= μ_k mg \\ &= 0,4 × 2 \;\text{kg} × 9,81 \;\text{m/s}^2 \\ &= 7,85 \; \text{N} \end{hizalanmış}
Şimdi aynı durumu, yüzeyin yataya 20 derece eğimli olması dışında hayal edin. Normal kuvvet, bileşenin bileşenine bağlıdır.ağırlıktarafından verilen yüzeye dik yönlendirilen nesneninmgçünkü (θ), neredeθeğim açısıdır. Dikkatmggünah (θ) size onu eğimden aşağı çeken yerçekimi kuvvetini söyler.
Blok hareket halindeyken, bu şunu verir:
\begin{hizalanmış} F_k &= μ_k F_n \\ &= μ_k mg \; \cos (θ) \\ &= 0,4 × 2 \;\text{kg} × 9,81 \;\text{m/s}^2 × \cos (20°)\\ &= 7,37 \;\text{N } \end{hizalanmış}
Ayrıca basit bir deneyle statik sürtünme katsayısını da hesaplayabilirsiniz. 5 kg'lık bir ahşabı betonun üzerinden itmeye veya çekmeye çalıştığınızı hayal edin. Uygulanan kuvveti kutunun hareket etmeye başladığı anda kaydederseniz, ahşap ve taş için uygun sürtünme katsayısını bulmak için statik sürtünme denklemini yeniden düzenleyebilirsiniz. Bloğu hareket ettirmek için 30 N kuvvet gerekiyorsa, o zaman maksimumFs = 30 N, yani:
F_s = μ_s F_n
Yeniden düzenler:
\begin{hizalanmış} 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 {hizalı}
Yani katsayı 0.61 civarındadır.