Sürtünme günlük hayatta her zaman karşılaştığımız bir olgudur. Sürtünmenin zararlı mı yoksa faydalı mı olduğunu belirlemek imkansızdır. Kaygan buzda bir adım atmak bile zor bir iş gibi görünüyor; engebeli bir asf altta yürümek bir zevk. Yağlama gerektirmeyen araba parçaları çok daha hızlı aşınır.
Sürtünme çalışması, temel özelliklerinin bilgisi, bir kişinin onu kullanmasına izin verir.
Fizikte sürtünme kuvveti
Bir cismin diğerinin yüzeyinde hareket etmesinden veya hareket etme girişiminden kaynaklanan, hareket yönüne karşı yönlendirilen, hareketli cisimlere uygulanan kuvvete sürtünme kuvveti denir. Formülü birçok parametreye bağlı olan sürtünme kuvveti modülü, direncin türüne göre değişir.
Aşağıdaki sürtünme türleri ayırt edilir:
• dinlenme;
• kayma;
• yuvarlanma.
Ağır bir nesneyi (dolap, taş) yerinden oynatmaya yönelik herhangi bir girişim, kişinin gücünün gerilimine yol açar. Aynı zamanda, nesneyi harekete geçirmek her zaman mümkün değildir. Dinlenmenin sürtünmesi buna engel olur.
Dinlenme durumu
Statik sürtünme kuvveti için hesaplama formülüyeterince doğru belirlememize izin vermez. Newton'un üçüncü yasası sayesinde, statik direnç kuvvetinin büyüklüğü uygulanan kuvvete bağlıdır.
Güç arttıkça sürtünme kuvveti de artar.
0 < Fdinlenme sorunu < Fmax
Dinlenme sürtünmesi ahşaba çakılan çivilerin düşmesini önler; iplikle dikilmiş düğmeler sıkıca yerinde tutulur. İlginçtir ki, bir kişinin yürümesine izin veren dinlenme direncidir. Ayrıca, genel durumla çelişen insan hareketi yönünde yönlendirilir.
Kayan fenomen
Vücudu hareket ettiren dış kuvvet en büyük statik sürtünme kuvveti değerine yükseldiğinde, hareket etmeye başlar. Sürtünme kuvveti, bir cismi diğerinin yüzeyi üzerinde kaydırma sürecinde dikkate alınır. Değeri, etkileşen yüzeylerin özelliklerine ve yüzey üzerindeki dikey hareketin kuvvetine bağlıdır.
Kayma sürtünme kuvvetinin hesaplama formülü: F=ΜP, burada Μ orantı katsayısıdır (kayma sürtünmesi), P dikey (normal) basınç kuvvetidir.
İtici kuvvetlerden biri, formülü desteğin tepki kuvveti kullanılarak yazılan kayma sürtünme kuvvetidir. Newton'un üçüncü yasasının yerine getirilmesi nedeniyle, normal basıncın kuvvetleri ve desteğin tepkisi büyüklük olarak aynı ve yön olarak zıttır: Р=N.
Formülü farklı bir şekil alan (F=M N) sürtünme kuvvetini bulmadan önce, tepki kuvvetini belirleyin.
Kayma direnci katsayısı, işleme ve malzeme kalitesine bağlı olarak, iki sürtünme yüzeyi için deneysel olarak tanıtılmıştır.
Masa. Çeşitli yüzeyler için direnç katsayısının değeri
| pp | Etkileşime giren yüzeyler | Kayan sürtünme katsayısının değeri |
| 1 | Çelik+buz | 0, 027 |
| 2 | Meşe+meşe | 0, 54 |
| 3 | Deri+dökme demir | 0, 28 |
| 4 | Bronz+demir | 0, 19 |
| 5 | Bronz+dökme demir | 0, 16 |
| 6 | Çelik+çelik | 0, 15 |
Yukarıda formülü yazılan en büyük statik sürtünme kuvveti, kayma sürtünme kuvveti ile aynı şekilde belirlenebilir.
Sürüş direncinin gücünü belirlemek için sorunları çözerken bu önemli hale gelir. Örneğin yukarıdan bastırılan bir el ile hareket ettirilen bir kitap, el ile kitap arasında oluşan dinlenme direnç kuvvetinin etkisi altında kayar. Direnç miktarı, kitap üzerindeki dikey basınç kuvvetinin değerine bağlıdır.
Yuvarlanma fenomeni
Atalarımızın arabalardan arabalara geçişi devrim olarak kabul edilir. Tekerleğin icadı insanlığın en büyük icadıdır. Bir tekerlek bir yüzey üzerinde hareket ettiğinde meydana gelen yuvarlanma sürtünmesi, büyüklük olarak kayma direncinden önemli ölçüde düşüktür.
Yuvarlanan sürtünme kuvvetlerinin ortaya çıkması, yüzeydeki normal tekerlek basıncının kuvvetleri ile ilişkilidir, onu kaymadan ayıran bir yapıya sahiptir. Tekerleğin hafif deformasyonu nedeniyle, oluşturulan alanın merkezinde ve kenarları boyunca farklı basınç kuvvetleri ortaya çıkar. Kuvvetlerdeki bu fark, yuvarlanma direncinin oluşumunu belirler.
Yuvarlanan sürtünme kuvvetinin hesaplama formülü genellikle kayma işlemine benzer şekilde alınır. Fark sadece sürükleme katsayısı değerlerinde görülür.
Direncin doğası
Sürtünen yüzeylerin pürüzlülüğü değiştiğinde, sürtünme kuvvetinin değeri de değişir. Yüksek büyütmede, temas halindeki iki yüzey keskin tepeleri olan tümsekler gibi görünür. Üst üste bindirildiğinde, birbiriyle temas halinde olan vücudun çıkıntılı kısımlarıdır. Toplam temas alanı önemsizdir. Vücutları hareket ettirirken veya hareket ettirmeye çalışırken "tepeler" direnç yaratır. Sürtünme kuvvetinin büyüklüğü, temas yüzeylerinin alanına bağlı değildir.
Mükemmel pürüzsüzlükteki iki yüzeyin kesinlikle hiçbir direnç göstermemesi gerekiyor. Pratikte, bu durumda sürtünme kuvveti maksimumdur. Bu tutarsızlık, kuvvetlerin kökeninin doğası ile açıklanmaktadır. Bunlar, etkileşen cisimlerin atomları arasında etki eden elektromanyetik kuvvetlerdir.
Doğada sürtünmenin eşlik etmediği mekanik süreçler imkansızdır, çünkü "kapatma" yeteneğiyüklü cisimler arasında elektriksel etkileşim yoktur. Direnç kuvvetlerinin cisimlerin karşılıklı konumundan bağımsız olması, onları potansiyel olmayan olarak adlandırmamızı sağlar.
Etkileşen cisimlerin hızına bağlı olarak formülü değişen sürtünme kuvvetinin, karşılık gelen hızın karesiyle orantılı olması ilginçtir. Bu kuvvet, bir sıvıdaki viskoz direnç kuvvetini içerir.
Sıvı ve gazda hareket
Katı bir cismin sıvı veya gaz içindeki hareketine, sıvının katı bir yüzeye yakın hareketine viskoz direnç eşlik eder. Oluşumu, hareket sürecinde katı bir cisim tarafından sürüklenen sıvı katmanlarının etkileşimi ile ilişkilidir. Farklı katman hızları viskoz sürtünme kaynağıdır. Bu fenomenin özelliği, sıvı statik sürtünmesinin olmamasıdır. Dış etkinin büyüklüğünden bağımsız olarak vücut sıvı içindeyken hareket etmeye başlar.
Hareket hızına bağlı olarak, direnç kuvveti hareket hızı, hareketli cismin şekli ve sıvının viskozitesi ile belirlenir. Aynı cismin sudaki ve yağındaki harekete farklı büyüklüklerdeki direnişler eşlik eder.
Düşük hızlar için: F=kv, burada k vücudun doğrusal boyutlarına ve ortamın özelliklerine bağlı olan orantı faktörüdür, v vücudun hızıdır.
Akışkanın sıcaklığı ayrıca içindeki sürtünmeyi de etkiler. Soğuk havalarda araba ısınır, böylece yağ ısınır (viskozitesi düşer) ve temas halindeki motor parçalarının tahribatını az altmaya yardımcı olur.
Hızı artırın
Vücudun hızındaki önemli artış, türbülanslı akışların ortaya çıkmasına neden olurken, direnç önemli ölçüde artar. Değerler: hareket hızının karesi, ortamın yoğunluğu ve vücudun yüzey alanı. Sürtünme kuvveti formülü farklı bir biçim alır:
F=kv2, burada k vücudun şekline ve ortamın özelliklerine bağlı olan orantı faktörüdür, v vücudun hızıdır.
Vücut aerodinamik ise türbülans az altılabilir. Yunusların ve balinaların vücut şekli, hayvanların hızını etkileyen doğa yasalarının mükemmel bir örneğidir.
Enerji Yaklaşımı
Vücudu hareket ettirme işini yapmak çevrenin direnci tarafından engellenir. Enerjinin korunumu yasasını kullanırken mekanik enerjideki değişimin sürtünme kuvvetlerinin işine eşit olduğunu söylerler.
Kuvvetin işi şu formülle hesaplanır: A=Fscosα, burada F cismin altında s mesafesi kadar hareket ettiği kuvvettir, α kuvvet yönleri ile yer değiştirme arasındaki açıdır.
Açıkçası, direnç kuvveti vücudun hareketine zıttır, bu nedenle cosα=-1. Formülü Atr=- Fs olan sürtünme kuvvetinin işi, değeri negatiftir. Bu durumda mekanik enerji iç enerjiye (deformasyon, ısınma) dönüştürülür.
