İki cisim arasındaki herhangi bir temas, bir sürtünme kuvvetiyle sonuçlanır. Bu durumda, cisimlerin hangi toplu halde oldukları, birbirlerine göre hareket edip etmedikleri veya hareketsiz olmaları önemli değildir. Bu yazımızda kısaca doğada ve teknolojide ne tür sürtünmeler olduğunu ele alacağız.
Dinlenme sürtünmesi
Birçokları için, cisimler birbirine göre hareketsizken bile sürtünmenin var olması garip bir fikir olabilir. Ayrıca bu sürtünme kuvveti diğer türler arasında en büyük kuvvettir. Herhangi bir nesneyi hareket ettirmeye çalıştığımızda kendini gösterir. Bir tahta parçası, bir taş ve hatta bir tekerlek olabilir.
Statik sürtünme kuvvetinin varlığının nedeni, temas yüzeylerinde tepe-çukur ilkesine göre mekanik olarak etkileşime giren düzensizliklerin varlığıdır.
Statik sürtünme kuvveti aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:
Ft1=µtN
Burada N, yüzeyin vücut üzerinde normal boyunca etki ettiği desteğin tepkisidir. µt parametresi sürtünme katsayısıdır. Göre değişirtemas eden yüzeylerin malzemesi, bu yüzeylerin işlenme kalitesi, sıcaklıkları ve diğer bazı faktörler.
Yazılı formül, statik sürtünme kuvvetinin temas alanına bağlı olmadığını göstermektedir. Ft1 ifadesi, sözde maksimum kuvveti hesaplamanıza izin verir. Bazı pratik durumlarda, Ft1 maksimum değildir. Bedeni dinlenme durumundan çıkarmaya çalışan dış kuvvete büyüklük olarak her zaman eşittir.
Dinlenme sürtünmesi hayatta önemli bir rol oynar. Bu sayede yerde kaymadan ayak tabanlarımızla iterek hareket edebiliriz. Ufka eğimli düzlemlerde bulunan cisimler Ft1.
kuvveti nedeniyle onlardan kaymazlar.
Kayma sırasında sürtünme
Bir kişi için bir diğer önemli sürtünme türü, bir vücut diğerinin yüzeyinden kaydığında kendini gösterir. Bu sürtünme, statik sürtünme ile aynı fiziksel nedenle ortaya çıkar. Dahası, gücü de benzer bir formül kullanılarak hesaplanır.
Ft2=µkN
Önceki formülden tek fark, kayma sürtünmesi µk için farklı katsayıların kullanılmasıdır. µk katsayıları her zaman aynı sürtünme yüzeyi çifti için statik sürtünme için benzer parametrelerden daha azdır. Pratikte bu gerçek kendini şu şekilde gösterir: dış kuvvetteki kademeli bir artış, Ft1 değerinde maksimum değerine ulaşana kadar bir artışa yol açar. ondan sonra oFt2 değerine yüzde onlarca keskin bir şekilde düşer ve vücudun hareketi sırasında sabit tutulur.
Katsayı µk statik sürtünme için µt parametresiyle aynı faktörlere bağlıdır. Kayma sürtünme kuvveti Ft2 pratik olarak cisimlerin hareket hızına bağlı değildir. Sadece yüksek hızlarda azalma fark edilir hale geliyor.
Kayma sürtünmesinin insan yaşamındaki önemi kayak veya paten gibi örneklerde görülebilir. Bu durumlarda, sürtünme yüzeyleri değiştirilerek µk katsayısı az altılır. Aksine yollara tuz ve kum serpmek µk ve µt.
katsayılarının değerlerini artırmayı amaçlar.
Yuvarlanma sürtünmesi
Bu, modern teknolojinin işleyişi için önemli olan sürtünme türlerinden biridir. Rulmanların dönmesi ve araçların tekerleklerinin hareketi sırasında bulunur. Kayma ve durma sürtünmesinden farklı olarak, yuvarlanma sürtünmesi, hareket sırasında tekerleğin deformasyonundan kaynaklanır. Elastik bölgede meydana gelen bu deformasyon histerezis sonucunda enerjiyi yayar ve hareket sırasında sürtünme kuvveti olarak kendini gösterir.
Maksimum yuvarlanma sürtünme kuvvetinin hesaplanması aşağıdaki formüle göre yapılır:
Ft3=d/RN
Yani, Ft3 kuvveti, Ft1 ve Ft2 kuvvetleri gibi, desteğin tepkisi ile doğru orantılıdır. Bununla birlikte, temas halindeki malzemelerin sertliğine ve tekerlek yarıçapı R'ye de bağlıdır.d yuvarlanma direnci katsayısı olarak adlandırılır. µk ve µt katsayılarının aksine, d uzunluk boyutuna sahiptir.
Kural olarak, boyutsuz d/R oranı µk değerinden 1-2 büyüklük mertebesi daha küçüktür. Bu, cisimlerin yuvarlanma yardımıyla hareketinin, kayma yardımıyla olduğundan çok daha enerjik olarak elverişli olduğu anlamına gelir. Bu nedenle mekanizma ve makinelerin tüm sürtünme yüzeylerinde yuvarlanma sürtünmesi kullanılır.
Sürtünme açısı
Yukarıda açıklanan üç tür sürtünme tezahürü, N ile doğru orantılı olan belirli bir sürtünme kuvveti Ft ile karakterize edilir. Her iki kuvvet de birbirine göre dik açılarda yönlendirilir.. Vektör toplamlarının yüzeyin normaliyle oluşturduğu açıya sürtünme açısı denir. Önemini anlamak için bu tanımı kullanalım ve matematiksel formda yazalım, elde ederiz:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Böylece, sürtünme açısının θ tanjantı, belirli bir kuvvet türü için sürtünme katsayısı k'ya eşittir. Bu, θ açısı ne kadar büyükse, sürtünme kuvvetinin de o kadar büyük olduğu anlamına gelir.
Sıvılarda ve gazlarda sürtünme
Katı bir cisim gaz veya sıvı bir ortamda hareket ettiğinde, bu ortamın parçacıklarıyla sürekli çarpışır. Katı cismin hız kaybının eşlik ettiği bu çarpışmalar, akışkan maddelerde sürtünmenin nedenidir.
Bu tür sürtünme, büyük ölçüde hıza bağlıdır. Bu nedenle, nispeten düşük hızlarda, sürtünme kuvvetiv hareket hızı ile doğru orantılı olduğu ortaya çıkıyor, yüksek hızlarda ise orantılılıktan bahsediyoruz v2.
Teknelerin ve gemilerin hareketinden uçakların uçuşuna kadar bu sürtüşmenin birçok örneği var.
