Daha yaygın olarak kinetik sürtünme olarak adlandırılan kayma sürtünmesi, birbirini geçen iki yüzeyin kayma hareketine karşı çıkan bir kuvvettir. Buna karşılık, statik sürtünme, birbirine doğru iten ancak birbirine göre kaymayan iki yüzey arasındaki bir tür sürtünme kuvvetidir. (Yerde kaymaya başlamadan önce bir sandalyeyi ittiğinizi hayal edin. Kayma başlamadan önce uyguladığınız kuvvete statik sürtünme karşı çıkar.)
Kayma sürtünmesi tipik olarak statik sürtünmeden daha az direnç içerir, bu nedenle bir nesneyi kaymaya başlamak için onu kaymaya devam ettirmekten daha fazla zorlamanız gerekir. Sürtünme kuvvetinin büyüklüğü, normal kuvvetin büyüklüğü ile doğru orantılıdır. Normal kuvvetin, yüzeye dik olan ve o yönde uygulanan diğer kuvvetlere karşı koyan kuvvet olduğunu hatırlayın.
Orantı sabiti, sürtünme katsayısı adı verilen birimsiz bir niceliktir ve temas halindeki yüzeylere göre değişir. (Bu katsayının değerleri tipik olarak tablolarda aranır.) Sürtünme katsayısı genellikle Yunan harfiyle gösterilir.
μbir alt simge ilekkinetik sürtünmeyi gösterir. Sürtünme kuvveti formülü şu şekilde verilir:F_f=\mu_kF_N
NeredeFNnormal kuvvetin büyüklüğüdür, birimler Newton (N) cinsindendir ve bu kuvvetin yönü hareket yönünün tersidir.
Yuvarlanma Sürtünme Tanımı
Yuvarlanma direnci bazen yuvarlanma sürtünmesi olarak adlandırılır, ancak tam olarak bir sürtünme kuvveti değildir, çünkü temas halindeki iki yüzeyin birbirine doğru itmeye çalışmasının sonucu değildir. Yuvarlanan nesnenin ve yüzeyin deformasyonları nedeniyle enerji kaybından kaynaklanan direnç kuvvetidir.
Bununla birlikte, sürtünme kuvvetlerinde olduğu gibi, yuvarlanma direnci kuvvetinin büyüklüğü doğru orantılıdır. yüzeylere bağlı olan bir orantı sabiti ile normal kuvvetin büyüklüğüne İletişim. Süreμrbazen katsayı için kullanılır, görmek daha yaygındırCrryuvarlanma direnci büyüklüğü için denklem aşağıdaki gibi yapılır:
F_r=C_{rr}F_N
Bu kuvvet hareket yönünün tersine etki eder.
Kayan Sürtünme ve Yuvarlanma Direnci Örnekleri
Tipik bir fizik sınıfında bulunan bir dinamik arabayı içeren bir sürtünme örneğini ele alalım ve karşılaştıralım. üç farklı için 20 derece eğimli metal bir yolda ilerlediği ivme senaryolar:
Senaryo 1:Raydan aşağı kaymadan serbestçe yuvarlandığı için arabaya etki eden herhangi bir sürtünme veya direnç kuvveti yoktur.
İlk önce serbest cisim diyagramını çiziyoruz. Doğrudan aşağıyı gösteren yerçekimi kuvveti ve yüzeye dik olan normal kuvvet etki eden tek kuvvetlerdir.
Net kuvvet denklemleri:
F_{netx}=F_g\sin{\theta}=ma\\ F_{nety}=F_N-F_g\cos(\theta)=0
Hızlanma için ilk denklemi hemen çözebilir ve cevabı almak için değerleri ekleyebiliriz:
F_g\sin{\theta}=ma\\ \implies mg\sin(\theta)=ma\\ \implies a=g\sin(\theta)=9.8\sin (20)=\boxed{3.35\text{ m/s}^2}
Senaryo 2:Yuvarlanma direnci, raydan aşağı kaymadan serbestçe yuvarlandığı için arabaya etki eder.
Burada, bir örnekte bulunan bir örneğe dayanan 0,0065'lik bir yuvarlanma direnci katsayısını varsayacağız. kağıt ABD Deniz Harp Okulu'ndan.
Şimdi serbest cisim diyagramımız, pistte hareket eden yuvarlanma direncini içeriyor. Net kuvvet denklemlerimiz şöyle olur:
F_{netx}=F_g\sin{\theta}-F_r=ma\\ F_{nety}=F_N-F_g\cos(\theta)=0
İkinci denklemden, için çözebilirizFN, sonucu ilk denklemdeki sürtünme ifadesine takın vebir:
F_N-F_g\cos(\theta)=0\ifadesi F_N=F_g\cos(\theta)\\ F_g\sin(\theta)-C_{rr}F_N=F_g\sin(\theta)-C_{rr} F_g\cos(\theta)=ma\\ \ima eder\iptal mg\sin(\theta)-C_{rr}\cancel mg\cos(\theta)=\cancel ma\\ \ ima eder a=g(\sin(\theta)-C_{rr}\cos(\theta) )=9.8(\sin (20)-0.0065\cos (20))\\ =\kutulu{3.29 \text{ m/s}^2}
Senaryo 3:Arabanın tekerlekleri yerine kilitlenir ve kinetik sürtünme tarafından engellenerek raydan aşağı kayar.
Burada, metal üzerinde plastik için tipik olarak listelenen değer aralığının ortasında olan 0,2'lik bir kinetik sürtünme katsayısı kullanacağız.
Serbest cisim diyagramımız, rampa üzerinde hareket eden bir kayma sürtünme kuvveti olması dışında yuvarlanma direnci durumuna çok benzer. Net kuvvet denklemlerimiz şöyle olur:
F_{netx}=F_g\sin{\theta}-F_k=ma\\ F_{nety}=F_N-F_g\cos(\theta)=0
Ve yine çözüyoruzbirbenzer şekilde:
F_N-F_g\cos(\theta)=0\ifadesi F_N=F_g\cos(\theta)\\ F_g\sin(\theta)-\mu_kF_N=F_g\sin(\theta)-\mu_kF_g\cos(\theta) )=ma\\ \ima eder \iptal mg\sin(\theta)-\mu_k\cancel mg\cos(\theta)=\cancel ma\\ \ ima eder a=g(\sin(\theta)-\mu_k\cos(\theta))=9.8( \sin (20)-0.2\cos (20))\\ =\kutulu{1.51 \text{ m/s}^2}
Yuvarlanma dirençli ivmenin sürtünmesiz duruma çok yakın olduğuna, kayma sürtünmesi durumu ise önemli ölçüde farklı olduğuna dikkat edin. Çoğu durumda yuvarlanma direncinin ihmal edilmesinin ve tekerleğin parlak bir icat olmasının nedeni budur!