Sürtünme kuvveti nasıl meydana gelir, özellikleri nelerdir? Sürtünme genel koşulları, çeşitleri, yasaları, zararları hakkında bilgi.
SÜRTÜNME
Birbirine değen iki cismin ürettiği ve hareketi bozan ya da yavaşlatan eylemdir.
GENEL KOŞULLAR
Bir kuvvetler sistemi birbirine değen S ve S’ katı cisimlerini birbirine oranla kaydırmaya çalıştığında, bu kaymaya karşı koyan ve sürtünme kuvveti adı verilen bir kuvvet ortaya çıkar. Bu koşullarda iki durum söz konusudur: a) Sürtünme kaymanın oluşmasını engeller: Sürtünme, sıkışma ya da destekleme ile denge söz konusudur; b) sürtünme kayma hareketini yalnızca yavaşlatır; bu durumda, sürtünme nedeniyle soğurulan enerji, temas halindeki cisimde bir ısınmaya yol açar.
Sürtünme özellikle, temas eden yüzeylerdeki düzensizliklerden kaynaklanır ve cilalı yüzeylere oranla pürtüklü yüzeylerde çok daha büyüktür. Ayrıca, temas eden parçaların yapısına da bağlıdır; sözgelimi, birbirine sürtünen iki çelik parçasında, bir bakıra sürtünen bir çelik parçasına oranla sürtünme daha büyüktür. Sürtünme, parçaların ısınmasıyla birlikte artar. Cilalı parçalarda durum, moleküller temas eden yüzeye çarpıyorlarmış gibi gelişir ve dolayısıyla, kopmalar oluşabilir. Sürtünme, iki parça arasına yağ sürülerek (nemli sürtünme) azaltılır, yapıştırıcılardan (reçine, kolofan, vb.) yararlanılarak da çoğaltılır.
EKSENEL DÖNME SÜRTÜNMESİ
Bir cisim (sözgelimi, bir bilardo topu) başka bir S’ (halı) cismiyle küçük C yüzeyinde temas ettiğinde ve temas yüzeyine dik CN ekseni çevresinde kendi üstünde döndüğünde, sürtünme eksenel dönmeye karşı koyan bir kuvvet çifti olarak ortaya çıkar. Bilardoda sonucu etkileyen de sürtünmedir.
YUVARLANMA SÜRTÜNMESİ
Yuvarlanma sürtünmesi, bir tekerleğin bir düzlem üstünde dönmesine karşı koyan dirençtir. Söz konusu durumda, kayma değil de tekerleğin esnek ezilmesi rol oynar (kötü şişirilmiş bir lastikte bu ezilme durumu açıkça görülür) ve direnç esnek biçim bozulmasından kaynaklanır. Buna karşın, bir mil içinde dönen bir dingilin sürtünme nedeni kaymadır ve sürtünme kuvvetleri bütünü bir direnç çiftine neden olur.
SÜRTÜNME YASALARI
Sürtünmenin temel yasaları Coulomb tarafından açıklanmıştır. S ve S’ katılarını göz önüne alalım; S’ sabit olsun ve bir F kuvveti S’yi.S ‘ne göre yer değiştirmeye zorlasın. F kuvveti, iki kuvvete bölünebilir: Biri C noktasında S ve S’ne teğet olan düzleme dikey N ve öbürü ve düzlemde yer alan T. T’ nin şiddeti fN’ye eşit ya da bundan küçük olursa, S hareketsiz kalır.
Buradaki f, S ve S’ ile bunların yüzeyine bağlı olan ve sürtünme katsayısı adını alan sabit bir sayıdır. Dolayısıyla sürtünmeyle bir denge söz konusudur ve S’ cisminin S üstündeki R tepkisi F’ye eşit ve buna doğrudan ters yöndedir. F ve R’nin, sürtünme konisi adını alan bir koni içinde bulunduğu ve bu koninin tepe açısı nın tg bağıntısıyla nitelendiği gözlenir. Tersine, T’nin T şiddeti fN’den yüksek olursa (T> fN), S,S’nün üstünde kaymaya başlar.S ‘nün S üstündeki R tepkisi, T’ = f’N olacak biçimde bir T tanjant bileşenine (yani kaymayı engelleyen sürtünme) ayrışır.
Buradaki f’, genellikle f’den küçük olan ve yüzeylerin haliyle cisimlerin yapısına bağlı olan bir sabittir. Coulomb’a göre, f’ değen ne cisimlerin birbirine uyguladığı N kuvvetine, ne de kayma hızına bağlıdır. Bu, yalnızca bir yaklaşımdır ve kuru sürtünme için geçerlidir (yağsız): Son zamanlarda trenlerin fren tabanları üstünde yapılan deneyler, hız arttıkça f ‘nün azaldığını göstermiştir (sözgelimi; 16 km/s’lik bir hız için f = 0,24 ve 72 km/s’lik bir hız için f = 0,12).
MAKİNELERDEKİ ZARARLI SÜRTÜNME
Frenleme ve sürtünümle aktarım sorunları dışında, sürtünme, güç yitimlerine, ısınmalara ve zaman zaman da kazalara yol açtığı için mekanik alanda zararlıdır. Sürtünme, temas halindeki cisimler arasına ince bir katı ya da sıvı yağ tabakası yerleştirerek yağlama yoluyla azaltılır. En sık karşılaşılan durumu, yani eksen yatağında dönen bir eksen milini göz önüne alalım. Düşük hızlarda, özellikle de hareketin başlangıcında ve milin ağırlığı yüksek olduğunda, yağ mü tarafından atılır (bir kuru sürtünme katsayısıyla nitelendirilen yumuşak sürtünme). Hız arttığında ve mille dingil arasındaki basıncın çok kuvvetli olmaması koşuluyla, yağ, mil ile yastık arasında sürüklenir.
Sürtünme katsayısı bu durumda küçüktür, hıza, yağın ağdalılığına ve basınca bağlı olan bir minimumdan geçer; değişik akışkanlıktaki yağların kullanım nedeni de budur. Yağlama yetersiz olduğunda, sürtünme kuvvetli bir ısınmaya yol açar ve bir parçadan öbür parçaya lehimlenen taneciklerden birinin kopmasına yol açar. Buna tıkanıklık denir ve özellikle, aynı yapıdaki iki parçanın birbirine sürtünmesinden kaynaklanır. Bu nedenle, çelik miller, sürtünme önleyici bir metalle (olağan dışı bir sürtünme söz konusu olduğunda metal ergir) desteklenmiş yastıklar içinde döndürülürler.