1. Շփման ուժի սահմանումը
Շփումը միմյանց դիպչող առարկաների մակերեսների միջև գործող դիմադրություն է: Այս թեմայում ուսումնասիրվող շփման ուժը կապված է երկու պինդ մարմնի դիպչող մակերեսների միջև գործող շփման ուժի հետ: Օրինակ՝ ճառագայթի հիմքի և հատակի մակերեսի միջև շփումը, կոշիկի հիմքի և հատակի մակերեսի միջև շփումը, մեքենայի անիվների և ճանապարհի մակերեսի միջև շփումը:
Շփման ուժը միշտ գործում է միմյանց դիպչող պինդ մարմինների մակերեսների վրա, նույնիսկ եթե դրանք շատ հարթ են։ Նույնիսկ հարթ մակերեսները իրականում շատ կոպիտ են մանրադիտակային մասշտաբով։ Երբ մարմինը շարժվում է, այս մանրադիտակային ակոսները խանգարում են շարժմանը։ Ատոմային մակարդակում մակերեսի վրա ելուստը ստիպում է ատոմներին շատ մոտ լինել այլ մակերեսներին, այնպես որ ատոմների միջև էլեկտրական ուժերը կարող են քիմիական կապեր առաջացնել՝ որպես շարժվող մարմնի երկու մակերեսների միություն։ Երբ մարմինը շարժվում է, օրինակ, երբ գիրք եք մղում սեղանի մակերեսին, գրքի շարժումը խոչընդոտների է հանդիպում և վերջապես կանգ է առնում։ Սա պայմանավորված է կապի առաջացմամբ և լուծարմամբ։
Եթե որևէ առարկայի մակերեսը շփվում է մեկ այլ առարկայի մակերեսի հետ, այդ առարկաներից յուրաքանչյուրը ազդում է միմյանց միջև շփման վրա: Շարժվող առարկայի վրա շփման ուժը միշտ հակառակ ուղղությամբ է առարկայի շարժման ուղղությանը: Բացի առարկաների շարժումը խոչընդոտելուց, շփումը կարող է մաշվածություն և վնաս պատճառել: Մենք սա կարող ենք դիտարկել մեքենայի շարժիչի վրա: Օրինակ, երբ մենք մոտոցիկլետի շարժիչին յուղ ենք մատակարարում, մենք իրականում ցանկանում ենք նվազեցնել շարժիչի ներսում առաջացող շփման ուժը: Եթե յուղը չի մատակարարվում, մեր մեքենայի շարժիչը արագորեն վնասվում է: Այս օրինակը շփման հետևանքով առաջացած կորուստներից մեկն է:
2. Տեսակները շփման ուժեր
Գոյություն ունեն շփման ուժերի երկու տեսակ՝ ստատիկ շփման ուժ (f₂s ) և կինետիկ շփման ուժ (f₂k ) : Ստատիկ շփման ուժը գործում է, երբ առարկան չի շարժվում, մինչդեռ կինետիկ շփման ուժը գործում է, երբ առարկան շարժվում է: Եթե դուք հրում եք սեղանը, բայց այն չի շարժվում, ապա անշարժ վիճակում գտնվող սեղանի վրա ազդող շփման ուժը ստատիկ շփման ուժ է: Եվ հակառակը, երբ սեղանը շարժվում է, սեղանի վրա ազդող շփման ուժը կինետիկ շփում է: Եթե շարժվող սեղանը միշտ չէ, որ հրվում է, որոշ ժամանակ շարժվելուց հետո սեղանը կանգ կառնի: Սեղանը կանգ է առնում կինետիկ շփման ուժի պատճառով, որը խոչընդոտում է սեղանի շարժումը:
Երբևէ սայթաքե՞լ եք հարթ մակերեսի վրա ոտք դնելիս։ Երբ դուք սայթաքում եք, կոշիկի հիմքի կամ հարթ մակերես ունեցող սանդալի հատակի միջև գործող շփման ուժը կինետիկ շփում է։ Այս խնդիրը նման է այն խնդրին, երբ մոտոցիկլետը կամ մեքենան շարժվում է թաց և հարթ ճանապարհի վրայով՝ արգելակելով մինչև անիվը սայթաքի։ Երբ անիվները սայթաքում են, անիվի մակերեսի և ճանապարհի մակերեսի վրա գործող շփման ուժը կինետիկ շփման ուժ է։ Եվ հակառակը, երբ դուք քայլում եք, կոշիկի հիմքի կամ սանդալների հատակի և հատակի մակերեսի միջև գործող շփման ուժը ստատիկ շփման ուժ է։ Նմանապես, երբ անիվները չեն սայթաքում, անիվի մակերեսի և ճանապարհի վրա գործող շփման ուժը ստատիկ շփում է։
2.1 Ստատիկ շփման ուժ
Ստատիկ շփման ուժը շփման ուժ է, որը գործում է միմյանց դիպչող մարմինների մակերևույթների վրա, երբ մարմինները դեռ չեն շարժվել։
Նկար 1-ը ցույց է տալիս մի մարմին, որը դեռևս գտնվում է հարթ հարթության մակերեսին։ Եթե մարմինը դեռ չի շարժվել, ապա ստատիկ շփման ուժը (fs) փոքր է ձգողական ուժից (F)։ Եթե այն շարունակի ձգվել, ապա մարմինը կշարժվի։ Երբ ճիշտ մարմինը շարժվի, ստատիկ շփման ուժի մեծությունը (fs) հավասար է ձգողական ուժի մեծությանը (F):
Նյուտոնի առաջին օրենքը նշում է, որ մարմինները հանգստանում են, եթե ընդհանուր ուժը (արդյունական ուժը) զրո է։
ΣF y = 0 (Օբյեկտը հանգստանում է և չի շարժվում ուղղահայաց ուղղությամբ)
N – w = 0
N = w (1.2)
1.1 հավասարման մեջ N-ը փոխարինեք 1.2 հավասարման մեջ N-ով
f s = μ s w
f s = μ s մգ (1.3)
fs = ստատիկ շփում (N), μs = ստատիկ շփման գործակից, N = նորմալ ուժ (N), w = ձգողականության ուժ (N), m = զանգված (կգ), g = ձգողականության արագացում (մ/ վ² )
Եթե ցանկանում եք որոշել ստատիկ շփման գործակիցը, ապա օգտագործեք 1.1 բ հավասարումը։
Σf x = 0 (Օբյեկտը հանգստանում է և չի շարժվում հորիզոնական ուղղությամբ)
Ֆ – ֆ s = 0
Ֆ = ֆ ս (1.4)
Երբ առարկան սկսում է շարժվել, առավելագույն ստատիկ շփման ուժը հավասար է հրման կամ քաշման ուժի մեծությանը։
2.2 Կինետիկ շփման ուժ
Կինետիկ շփման ուժը շփման ուժ է, որը գործում է միմյանց դիպչող մարմինների մակերևույթների վրա, երբ մարմինը շարժվում է։
Եթե ցանկանում եք որոշել կինետիկ շփման գործակիցը (μ k ), օգտագործեք 1.5 b հավասարումը։
Նկար 2-ը ցույց է տալիս մի մարմին, որը կանոնավոր կերպով ձգվում է այնպես, որ այն շարժվում է հաստատուն արագությամբ: Հաստատուն արագությամբ շարժվելիս կինետիկ շփման ուժի (fk) մեծությունը հավասար է ձգողական ուժի (F) մեծությանը:
Նյուտոնի առաջին օրենքը նշում է, որ մարմինը շարժվում է հաստատուն արագությամբ, եթե ընդհանուր ուժը (արդյունական ուժը) զրո է։
ΣF x = 0 (մարմինները շարժվում են հաստատուն արագությամբ հորիզոնական ուղղությամբ)
Ֆ – ֆկ = 0
Ֆ = ֆ կ (1.6)
Նմուշային խնդիր 1:
Ուսանողը դինամոմետրի (ուժ չափող սարք) միջոցով քաշում է 1 կգ զանգվածով գերան, որը տեղադրված է սեղանի մակերեսին։ Երբ գերանը շարժվում է, դինամոմետրը ցույց է տալիս 2 Ն թիվը։ Եթե ձգողության արագացումը = 10 մ/վ² , որոշեք (ա) ստատիկ շփման ուժի մեծությունը, (բ) ստատիկ շփման գործակիցը։
Լուծում
Հայտնի է ՝ m = 1 կգ, F = 2 N, g = 10 մ/վ² , w = մգ = 10 N
(ա) f s
Երբ ճառագայթը շարժվում է, ստատիկ շփման ուժի մեծությունը = ձգողական ուժի մեծությունը (համեմատեք հավասարում 1.4-ը): Այսպիսով, f s = F = 2 Ն:
(բ) μ վ
f s = μ s w
2 Ն = (μ₂s ) (10 Ն)
μ s = 2 N / 10 N = 0.2
Նմուշային խնդիր 2:
Սեղանի մակերեսից վերև գտնվող 1 կգ զանգվածով գերանը կանոնավոր կերպով ձգվում է այնպես, որ գերանը շարժվի հաստատուն արագությամբ։ Երբ գերանը շարժվում է հաստատուն արագությամբ, դինամոմետրը ցույց է տալիս 1 Ն թիվը։ Եթե ձգողության արագացումը = 10 մ/վ² , որոշեք (ա) կինետիկ շփման ուժի մեծությունը (բ) կինետիկ շփման գործակիցը։
Լուծում
Հայտնի է՝ m = 1 կգ, g = 10 մ/վ² , F = 1 N, w = մգ = 10 N
(ա) ֆ կ
Երբ ճառագայթը շարժվում է կանոնավոր կամ շարժվում է հաստատուն արագությամբ, կինետիկ շփման ուժի մեծությունը = ձգողական ուժի մեծությունը (համեմատեք հավասարում 1.6-ը):
Այսպիսով, f k = F = 1 N
(բ) μ k
f k = μ k w
1 Ն = (μ կ )(10 Ն)
μ k = 1 N / 10 N = 0.1
