Sürtünmeyi Etkileyen Faktörler
Sürtünme, bir cismin hareketini kendisiyle temas halinde olan başka bir cismin yüzeyi üzerinde sınırlayan karşıt bir kuvvettir. Herhangi bir cismin diğeri üzerindeki hareketi için kesinlikle gereklidir. Zarar veren ve yardım eden zaruri bir kötülük gibidir. İkili işlevi yürüme örneğiyle anlaşılabilir, sürtünme olduğu için yürüyebiliyoruz ve sürtünmenin sağladığı karşı kuvvet nedeniyle belirli bir düşük hızda yürüyoruz.
Ayrıca, bir topun yerde serbestçe yuvarlanması veya kayması durumunda olduğu gibi, hareketi sırasında top ile yer arasında etki eden sürtünme kuvveti nedeniyle top sonunda durur. Bu, eğer bir kuvvet sağdan sola doğru hareket ederse, sürtünme soldan sağa doğru hareket ederse ve bunun tersi de doğrudur, eğer kuvvet soldan sağa doğru hareket ederse sürtünme zıt yönde hareket edecektir demektir. sağdan sola.
Sadece birbirleriyle temas halinde olduklarında harekete geçen bazı kuvvetler vardır. Temas kuvvetleri olarak bilinir. Katılar, sıvılar ve ayrıca gazlar tarafından sunulur, ancak katılarda maksimum, gazlarda ise en azdır. Sürtünmenin etkileri, şeylerin kademeli olarak aşınmasını; bu, ayakkabılarımızın düz olmayan tabanları, saçsız bisiklet lastikleri ve bir yüzeye kasıtlı olarak zımpara kağıdı sürtme eylemi gibi örneklerde görülebilir.
Sürtünme sadece azaltılabilir, ortadan kaldırılamaz. Temas eden yüzeydeki yağlayıcılar yardımıyla sürtünmeyi azaltabiliriz. Sürtünmeyi azaltmak, nesnelerin birbirleri üzerinde daha iyi hareket etmesine yardımcı olur. Bir yüzey çok pürüzlüyse, makine parçalarında olduğu gibi yağ veya gres gibi bazı etkili yağlayıcılar kullanarak hareketi daha pürüzsüz hale getirmemiz gerekir, çalışırken parçalar arasındaki sürtünmeyi önlemek için gresleme yöntemini kullanırız.
Sürtünmeyi sıfıra indirirsek hareketler olmaz çünkü cisim hareket etmez sadece diğerinin yüzeyinden kayar ve bu nedenle iki cisim arasında herhangi bir hareketin gerçekleşmesi için minimum sürtünme olması gerekir. veya yüzeyler. Örneğin, yüzeyi daha pürüzsüz olduğu için buzda yürüyemiyoruz ve bu nedenle en az sürtünmeye sahip ve bu nedenle orada yürümeye çalıştığımızda kayıyoruz. Bu nedenle, buz pateni veya buz yüzeyindeki diğer herhangi bir aktivite için, hareketimiz için gerekli sürtünmeyi sağlamak için özel olarak tasarlanmış buz pateni ayakkabılarını veya uçları pürüzlü yüzeylere sahip botları kullanmamız gerekir.
Sürtünmeye ne sebep olur?
Sürtünme, iki nesne veya malzeme arasındaki göreli harekete direnen veya karşı çıkan bir kuvvettir. Bu muhalif gücün harekete geçmesinin çeşitli nedenleri vardır. Diğer çeşitli nedenler arasında, bu direnç kuvvetinin veya sürtünme kuvvetinin ana nedeni, moleküler yapışma, temas halindeki yüzeyin ve cismin doğasına bağlı olan yüzey pürüzlülüğü ve yüzeydeki veya hareketli nesnedeki deformasyonlardır.
- Yapışma, iki malzeme birbiriyle yakın temasa getirildiğinde ortaya çıkan moleküler kuvvettir. Camın yüzeyi ile su arasında bir yapışma kuvveti olduğu gibi, bardağa döküldüğünde camın yüzeyini ıslatmasının nedeni budur.
- Çıplak gözlerimizde daha pürüzsüz görünse de, her nesnenin pürüzlü bir yüzeyi vardır. Ancak mikroskopla incelediğimizde, tüm nesnelerin yüzeylerinin pürüzlü kenarları olduğunu görürüz. Bu nedenle iki pürüzlü yüzey birbiriyle temas ettiğinde sürtünme kuvveti veya bazen aralarında ısıya dönüşebilen karşıt bir kuvvet oluşturur. Çakıl taşlı bir yolda yürümek daha zor ve düz bir yolda yürümek daha kolay olduğundan, pürüzlülük arttığında sürtünme derecesi artar.
- Gövdedeki veya gövdenin temas halindeki yüzeyindeki deformasyonlar, hareketi sırasında sürtünmeye neden olabilir. Yüzeydeki deformasyonlar ne kadar fazla olursa, hareketini durdurmak için sürtünme veya karşıt kuvvet o kadar fazla olur ve bu nedenle bazı durumlarda bu sürtünme veya karşıt kuvvetlerden kurtulmak için bazı yağlayıcılar kullanmamız gerekir.
Yaylı teraziler, hem basit hem kullanışlı hem de ucuz bir kütle ölçümü yöntemi sağlar. Kütle yayın ucuna asılır ve kütle üzerindeki aşağı doğru yerçekimi kuvveti nedeniyle yayın sapması bir skalaya karşı ölçülür. Bunu, farklı nesneler durumunda farklı sürtünme kuvvetlerini gerçekleştirmek ve deneysel olarak belirlemek için kullanabiliriz.
Gözlemler aşağıdakileri belirlemek için kullanılır:
- Terazinin ucunda asılı duran bir cisme etki eden kuvvet
- Vücudun uyguladığı sürtünme kuvveti
- Vücut tarafından basıncın büyüklüğü
- Nesne ve terazi arasındaki bağıl hareket
İki yüzey arasındaki sürtünme katsayısını belirlemenin yollarından biri, nesnenin ağırlığını ölçmek için kullanılan yaylı bir terazi kullanarak bir nesneyi çekmektir. Bir cismi başka bir yüzeye koyar ve sonra çekersek, cismi herhangi bir yüzeye hareket ettirmek için gereken kuvvet miktarını belirleyebiliriz.
Sürtünmeyi Etkileyen Faktörler
Kayan nesnenin pürüzlülüğü/pürüzsüzlüğü
Üretilen sürtünme, kayan nesnenin pürüzlülüğüne ve düzgünlüğüne bağlıdır. Nesne ne kadar pürüzlü olursa o kadar fazla sürtünme meydana gelir ve dolayısıyla hareketi kısıtlanır. Nesne ne kadar pürüzsüz olursa, o kadar düzgün hareket edebilir.
Resimde gördüğümüz gibi, daha pürüzsüz bir yüzeye sahip olan düz top, kaba topa göre daha uzun mesafe kat edebilir.
Yağlı ellerle bardağı tutamayız. Ellerimiz yağlı ve pürüzsüzdür ve pürüzsüz bir yüzeyin camla daha az etkileşim sunduğunu biliyoruz. Ve bu nedenle, kayma eğilimindedir. Bunun bir başka örneği de, engebeli ve sulak arazilerde trekking yaparken harika spor ayakkabılar giyiyoruz, böylece sert ayakkabılar engebeli arazilerde daha iyi kilitleniyor, sürtünmeyi artırıyor, daha fazla tutuş sağlıyor ve kayma şansını azaltıyor.
Yüzeyin pürüzlülüğü/pürüzsüzlüğü
Sürtünme, temas halindeki yüzeyin doğasına bağlıdır. Yüzey pürüzlüyse, nesnenin karşıt hareketi için üretilen sürtünme, pürüzsüz yüzeye kıyasla daha fazladır.
Örneğin, küçük çakıllarla dolu bir yolda veya aralarında çok sayıda çatlak bulunan çatlak bir yolda yürümek, daha düzgün ve iyi düzleştirilmiş bir yoldan daha zordur.
İlk durumda daha engebeli yolda yürürken üretilen karşıt kuvvet, ikinci durumda olduğundan daha fazladır.
Nesnenin şekli/tasarımı
Nesnenin şekli ve tasarımı, üzerinde hareket ettiği yüzeyle temas halinde olan yüzey alanını belirler. Örneğin, vücudun şekli aerodinamik ise, suda veya havada seyahat ederken, hareketine karşı diğer herhangi bir şekle göre daha az sürtünme kuvveti yaşayacaktır.
Önemli olan temas alanıdır, bir şeyin hareket ettiği yüzeyin genel alanı değil. Küçük bir odada veya bir stadyumda 8 cm çapında bir top yuvarlanıyorsa, zemin malzemesi ve yuvarlanma hızı aynı olduğu sürece farketmez. Ayrıca, bir gövde en kısa temas noktasına sahipse, üretilen sürtünme kuvveti de nesneyi kaydırmaya kıyasla çok daha azdır, daha az sürtünme için nesneyi yuvarlamak tercih edilir.
Bu nedenle, iki nesne hareket halindeyse (aynı malzemeden yapıldıkları ve aynı şekilde hareket ettikleri düşünülürse), daha büyük gövde, daha büyük temas alanı nedeniyle daha fazla sürtünmeye maruz kalacaktır, bu da nispeten daha yüksek bir sürtünme kuvveti veya karşıtlık oluşturacaktır. hareketine göre kuvvet.
Kayan cisimlere etki eden normal kuvvet
Sürtünme kuvveti veya cismin hareketini kısıtlayan karşıt kuvvet de kayan cisimlere etki eden Normal Kuvvete bağlıdır. Newtonian etki-tepki çiftini takip ederek genellikle normal kuvveti ağırlık yerine düşünürüz. Nesnenin kütlesi veya ağırlığı ne kadar yüksek olursa, tepki veya normal kuvvet de o kadar yüksek olacaktır. “Kayan” yüzeyler arasındaki kuvvet olan dik olarak oluşturulan normal kuvvetin kuvveti ve büyüklüğü arttıkça, sürtünme kuvvetinin veya karşıt kuvvetin kuvveti veya büyüklüğü de artar.
Sürtünme kuvveti veya karşıt kuvvet, birbirine karşı kayan iki cismi karşı karşıya getiren bir kuvvettir ve normal kuvvet gibi bir temas kuvveti gibi hareket eder. Normal kuvvet düz yüzeye dik etki ederken, sürtünme bir nesnenin düz yüzeyi boyunca olan bir yönde etki eder.
Sürtünme katsayısı
Sürtünme kuvveti, yüzeyin sürtünme katsayısına bağlıdır. Yüzeyin sürtünme katsayısı ne kadar büyükse, onu o yüzey üzerinde hareket ettirmek için gereken kuvvet de o kadar fazladır. Sürtünme katsayısı, µ, iki yüzey arasında var olan sürtünme miktarıdır. Sürtünme katsayısının düşük bir değeri, cismi kaydırmak için gereken kuvvetin, sürtünme katsayısı yüksek olduğunda gereken kuvvetten daha az olduğunu gösterir. Sürtünme kuvveti aşağıdaki formüle sahiptir:
F = µN
F= sürtünme kuvveti nerede
µ = Sürtünme katsayısı
N = normal tepki kuvveti
Örnek problemler
Soru 1: Sürtünme nedir?
Yanıt vermek:
Sürtünme, bir katı cismin diğeri üzerinde kaymasına veya yuvarlanmasına karşı koyan kuvvet. Kaymadan yürümek için gereken çekiş gücü gibi sürtünme kuvvetleri faydalı olabilir, ancak aynı zamanda harekete karşı büyük bir muhalefet sunarlar.
Soru 2: Sürtünmenin iki avantajı ve dezavantajı nelerdir?
Yanıt vermek:
Sürtünme, enerji israfına yol açan gereksiz ısı üretir. Sürtünme kuvveti hareketin tersi yönünde etki eder, bu nedenle sürtünme hareket eden nesnelerin hareketini yavaşlatır. Orman yangınları ağaç dalları arasındaki sürtünmeden kaynaklanır.
Soru 3: Sürtünmenin nedenleri nelerdir?
Yanıt vermek:
Sürtünme, temas halindeki iki cisim arasında göreceli bir hareket olduğunda devreye giren dirençli bir kuvvettir. İki cisim arasındaki sürtünme kuvveti temel olarak üç faktöre bağlıdır: (I) vücut yüzeyleri arasındaki yapışma (ii) yüzeyin pürüzlülüğü (iii) cisimlerin deformasyonu.
Soru 4: Aerodinamik şekil nedir örnekle açıklayınız?
Yanıt vermek:
Akışkan sürtünmesini azaltan vücudun özel bir şekline aerodinamik şekil denir. Örnek: Balık, timsah ve köpek balığı gibi suda yaşayan hayvanlar ve arabalar, uçaklar, gemiler gibi araçlar hareket eder. Aerodinamik şekiller, bir nesne hareket ederken hava sürtünmesinin miktarını azaltmaya yardımcı olur.
Soru 5: Sürtünme yüzey alanına bağlı mıdır?
Yanıt vermek:
Sürtünme, iki yüzey etkileşime girdiğinde oluşan bir temas kuvvetidir. Bu nedenle, sürtünme temas yüzeyine bağlıdır, temas yüzeyi arttıkça sürtünme kuvveti de artar.
Soru 6: Sürtünme katsayısı 0.25 ve yüzeyin sunduğu normal tepki 5N ise sürtünme kuvvetini bulun.
Çözüm:
Bildiğimiz gibi, F = µ N
Verilen, µ = 0.25
N = 5N
F = µN
Bu nedenle, F = 0.25 × 5N
Bu nedenle, F = 1.25N
Bu nedenle, uygulanan sürtünme kuvveti 1.25 N’dir.
Soru 7: Uygulanan sürtünme kuvveti 125N ve önerilen normal tepki kuvveti 200N ise sürtünme katsayısı nedir?
Çözüm:
bildiğimiz gibi
F = µN
Verilen, F = 125N
N= 200N
µ = 0.625
Dolayısıyla sürtünme katsayısı 0.625’tir.
Soru 8: Üretilen sürtünme kuvveti 60N ve sürtünme katsayısı 0,6 ise, yüzeyin sunduğu normal tepki nedir?
Çözüm:
bildiğimiz gibi
F = µN
Verilen, F = 60N
µ = 0,6
Bu nedenle, yüzey tarafından üretilen normal reaksiyon 100N’dir.