Sürtünme, onsuz dünyamızdaki hareketin var olamayacağı fiziksel süreçtir. Fizikte, sürtünme kuvvetinin mutlak değerini hesaplamak için, söz konusu sürtünme yüzeyleri için özel bir katsayının bilinmesi gerekir. Sürtünme katsayısı nasıl bulunur? Bu makale bu soruya cevap verecektir.
Fizikte sürtünme
Sürtünme katsayısı nasıl bulunur sorusunu cevaplamadan önce, sürtünmenin ne olduğunu ve hangi kuvvet ile karakterize edildiğini düşünmek gerekir.
Fizikte, katı nesneler arasında gerçekleşen bu sürecin üç türü vardır. Bu, dinlenme, kayma ve yuvarlanma sürtünmesidir. Sürtünme her zaman bir dış kuvvet bir cismi hareket ettirmeye çalıştığında meydana gelir. Kayma sürtünmesi, adından da anlaşılacağı gibi, bir yüzey diğerinin üzerinden kaydığında meydana gelir. Son olarak, yuvarlak bir nesne (tekerlek, top) bir yüzey üzerinde yuvarlandığında yuvarlanma sürtünmesi meydana gelir.
Tüm türlerin ortak noktası, herkesi engellemeleridirkuvvetlerinin hareketi ve uygulama noktası, iki nesnenin yüzeyleri arasındaki temas alanındadır. Ayrıca tüm bu türler mekanik enerjiyi ısıya dönüştürür.
Kayma ve statik sürtünme kuvvetleri, sürtünen yüzeylerdeki mikroskobik pürüzlülükten kaynaklanır. Ek olarak, bu tipler dipol-dipol ve atomlar ve moleküller arasındaki sürtünme cisimlerini oluşturan diğer etkileşim türlerinden kaynaklanır.
Yuvarlanma sürtünmesinin nedeni, yuvarlanan nesne ile yüzey arasındaki temas noktasında ortaya çıkan elastik deformasyon histerezisi ile ilgilidir.
Sürtünme kuvveti ve sürtünme katsayısı
Üç tür katı sürtünme kuvveti aynı forma sahip ifadelerle tanımlanır. İşte o:
Ft=µtN.
Burada N, cismin yüzeyine dik olarak etki eden kuvvettir. Buna destek tepkisi denir. µt- değerine karşılık gelen sürtünme türünün katsayısı denir.
Kayma ve hareketsiz sürtünme katsayıları boyutsuz niceliklerdir. Bu, sürtünme kuvveti ve sürtünme katsayısının eşitliğine bakılarak anlaşılabilir. Denklemin sol tarafı Newton olarak ifade edilir, sağ taraf da Newton olarak ifade edilir, çünkü N bir kuvvettir.
Yuvarlanma sürtünmesine gelince, bunun katsayısı da boyutsuz bir değer olacaktır, ancak elastik deformasyonun doğrusal özelliğinin yuvarlanan nesnenin yarıçapına oranı olarak tanımlanır.
Kayma ve hareketsiz sürtünme katsayılarının tipik değerlerinin bir birimin onda biri olduğu söylenmelidir. sürtünme içinhaddeleme, bu katsayı bir birimin yüzde biri ve binde birine karşılık gelir.
Sürtünme katsayısı nasıl bulunur?
Katsayı µtmatematiksel olarak hesaba katılması zor olan bir dizi faktöre bağlıdır. Bazılarını listeliyoruz:
- sürtünme yüzeylerinin malzemesi;
- yüzey kalitesi;
- Üzerinde pislik, su vb. bulunması;
- yüzey sıcaklıkları.
Bu nedenle, µt için bir formül yoktur ve deneysel olarak ölçülmesi gerekir. Sürtünme katsayısının nasıl bulunacağını anlamak için Ft formülünden ifade edilmelidir. Bizde:
µt =Ft/N.
Görünüşe göre µt bilmek için sürtünme kuvvetini bulmak ve reaksiyonu desteklemek gereklidir.
İlgili deney şu şekilde gerçekleştirilir:
- Örneğin, tahtadan yapılmış bir vücut ve bir uçak alın.
- Dinamometreyi gövdeye tutun ve yüzey üzerinde eşit şekilde hareket ettirin.
Aynı zamanda, dinamometre Ft'a eşit bir kuvvet gösterir. Zemin reaksiyonu, vücudun yatay bir yüzey üzerindeki ağırlığına eşittir.
Açıklanan yöntem, statik ve kayma sürtünme katsayısının ne olduğunu anlamanıza olanak tanır. Benzer şekilde, deneysel olarak µtrolling'i belirleyebilirsiniz.
µt belirlemek için başka bir deneysel yöntem bir sonraki paragrafta bir problem şeklinde verilmiştir.
µt hesaplama problemi
Ahşap kiriş cam yüzeydedir. Yüzeyi düzgün bir şekilde eğerek, kirişin kaymasının 15o eğim açısında başladığını bulduk. Bir ahşap-cam çifti için statik sürtünme katsayısı nedir?
Kiriş 15o konumunda eğimli bir düzlemdeyken, onun için kalan sürtünme kuvveti maksimum bir değere sahipti. Şuna eşittir:
Ft=mgsin(α).
Kuvvet N şu formülle belirlenir:
N=mgcos(α).
µt formülünü uygulayarak şunu elde ederiz:
µt=Ft/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).
α açısını değiştirerek cevaba ulaşırız: µt=0, 27.
