1. ხახუნის ძალის განმარტება
ხახუნი არის ერთმანეთთან შეხებისას წარმოქმნილი წინააღმდეგობა. ამ თემაში შესწავლილი ხახუნის ძალა დაკავშირებულია ორ მყარი სხეულის ზედაპირს შორის მოქმედ ხახუნის ძალასთან, რომლებიც ერთმანეთს ეხება. მაგალითად, ხახუნი სხივის ძირსა და იატაკის ზედაპირს შორის, ხახუნი ფეხსაცმლის ძირსა და იატაკის ზედაპირს შორის, ხახუნი ავტომობილის ბორბლებსა და გზის ზედაპირს შორის.
ხახუნის ძალა ყოველთვის მოქმედებს ერთმანეთთან შეხებაში მყოფი მყარი სხეულების ზედაპირზე, მიუხედავად იმისა, რომ სხეულები ძალიან გლუვია. მიკროსკოპული მასშტაბით გლუვი ზედაპირებიც კი ძალიან უხეშია. როდესაც ობიექტი მოძრაობს, ეს მიკროსკოპული ქედები ხელს უშლის მოძრაობას. ატომურ დონეზე, ზედაპირზე გამონაზარდი იწვევს ატომების სხვა ზედაპირებთან ძალიან ახლოს ყოფნას, რის გამოც ატომებს შორის ელექტრულ ძალებს შეუძლიათ ქიმიური ბმების წარმოქმნა, როგორც მოძრავი ობიექტის ორ ზედაპირს შორის კავშირი. როდესაც ობიექტი მოძრაობს, მაგალითად, როდესაც მაგიდის ზედაპირზე წიგნს აწვებით, წიგნის მოძრაობა დაბრკოლებებს განიცდის და საბოლოოდ ჩერდება. ეს გამოწვეულია ბმის წარმოქმნითა და გათავისუფლებით.
თუ საგნის ზედაპირი სხვა საგნის ზედაპირს ეხახუნება, თითოეული ეს ობიექტი ერთმანეთთან ხახუნის ძალაზე მოქმედებს. მოძრავ ობიექტზე ხახუნის ძალა ყოველთვის საგნის მოძრაობის მიმართულების საპირისპირო მიმართულებითაა. საგნების მოძრაობის შეფერხების გარდა, ხახუნს შეუძლია ცვეთა და დაზიანება გამოიწვიოს. ამის დაკვირვება ავტომობილის ძრავზე შეგვიძლია. მაგალითად, როდესაც მოტოციკლის ძრავას საპოხი ზეთს ვამატებთ, სინამდვილეში გვინდა შევამციროთ ძრავში წარმოქმნილი ხახუნის ძალა. თუ მას საპოხი ზეთი არ მიეწოდება, ჩვენი ავტომობილის ძრავა სწრაფად ზიანდება. ეს მაგალითი ხახუნით გამოწვეული დანაკარგების ერთ-ერთი მაგალითია.
2. სახეები ხახუნის ძალები
არსებობს ხახუნის ძალების ორი ტიპი, კერძოდ, სტატიკური ხახუნის ძალა (fs) და კინეტიკური ხახუნის ძალა (fk). სტატიკური ხახუნის ძალა მოქმედებს მაშინ, როდესაც ობიექტი არ მოძრაობს, ხოლო კინეტიკური ხახუნის ძალა მოქმედებს მაშინ, როდესაც ობიექტი მოძრაობს. თუ მაგიდას უბიძგებთ, მაგრამ მაგიდა არ მოძრაობს, მაშინ უძრავ მაგიდაზე მოქმედი ხახუნის ძალა სტატიკური ხახუნის ძალაა. პირიქით, როდესაც მაგიდა მოძრაობს, მაგიდაზე მოქმედი ხახუნის ძალა კინეტიკური ხახუნია. თუ მოძრავი მაგიდა ყოველთვის არ არის ბიძგებული, მაგიდა გარკვეული დროის შემდეგ გაჩერდება. მაგიდა ჩერდება კინეტიკური ხახუნის ძალის გამო, რომელიც ბლოკავს მაგიდის მოძრაობას.
ოდესმე მოგსრიალებიათ გლუვ ზედაპირზე ფეხის დადებისას? სრიალის დროს, ხახუნის ძალა, რომელიც მოქმედებს ფეხსაცმლის ძირსა და გლუვი ზედაპირის მქონე სანდლის ძირს შორის, კინეტიკური ხახუნია. ეს პრობლემა მსგავსია იმისა, როდესაც მოტოციკლი ან მანქანა მოძრაობს სველ და გლუვ გზის ზედაპირზე და ამუხრუჭებს მანამ, სანამ ბორბალი არ სრიალებს. როდესაც ბორბლები სრიალებს, ბორბლის ზედაპირზე და გზის ზედაპირზე მოქმედი ხახუნის ძალა კინეტიკური ხახუნის ძალაა. პირიქით, სიარულის დროს, ხახუნის ძალა, რომელიც მოქმედებს ფეხსაცმლის ძირსა ან სანდლის ძირსა და იატაკის ზედაპირს შორის, სტატიკური ხახუნის ძალაა. ანალოგიურად, როდესაც ბორბლები არ სრიალებს, ბორბლის ზედაპირზე და გზაზე მოქმედი ხახუნის ძალა სტატიკური ხახუნია.
2.1 სტატიკური ხახუნის ძალა
სტატიკური ხახუნის ძალა არის ხახუნის ძალა, რომელიც მოქმედებს ერთმანეთთან შეხებული ობიექტების ზედაპირზე, როდესაც ობიექტები ჯერ არ გადაადგილებულან.
სურათი 1 გვიჩვენებს ობიექტს, რომელიც ჯერ კიდევ ბრტყელი სიბრტყის ზედაპირზეა. თუ ობიექტი ჯერ არ გადაადგილებულა, მაშინ სტატიკური ხახუნის ძალა (fs) ნაკლებია მიზიდვის ძალაზე (F). თუ ის გააგრძელებს მიზიდვას, მაშინ ობიექტი იმოძრავებს. როდესაც სწორი ობიექტი იმოძრავებს, სტატიკური ხახუნის ძალის სიდიდე (fs) უდრის მიმზიდველი ძალის სიდიდეს (F).
ნიუტონის პირველი კანონი ამბობს, რომ სხეულები უძლურია, თუ მათი სრული ძალა (შედეგობრივი ძალა) ნულის ტოლია.
ΣFy = 0 (ობიექტი ისვენებს და არ მოძრაობს ვერტიკალური მიმართულებით)
N – w = 0
N = w (1.2)
განტოლებაში 1.1-ში N შეცვალეთ N-ით განტოლებაში 1.2-ში
fs = μs w
fs = μs მგ (1.3)
fs = სტატიკური ხახუნი (N), μs = სტატიკური ხახუნის კოეფიციენტი, N = ნორმალური ძალა (N), w = გრავიტაცია (N), m = მასა (კგ), g = გრავიტაციის აჩქარება (მ/წმ)2)
თუ გსურთ სტატიკური ხახუნის კოეფიციენტის განსაზღვრა, მაშინ გამოიყენეთ განტოლება 1.1 ბ
Σfx = 0 (ობიექტი ისვენებს და არ მოძრაობს ჰორიზონტალური მიმართულებით)
ფ – ფs = 0
F = fs (1.4)
როდესაც ობიექტი მოძრაობას იწყებს, მაქსიმალური სტატიკური ხახუნის ძალა უდრის ბიძგის ან მიზიდვის ძალის სიდიდეს.
2.2 კინეტიკური ხახუნის ძალა
კინეტიკური ხახუნის ძალა არის ხახუნის ძალა, რომელიც მოქმედებს ერთმანეთთან შეხებული ობიექტების ზედაპირზე, როდესაც ობიექტი მოძრაობს.
თუ გსურთ კინეტიკური ხახუნის კოეფიციენტის (μ) განსაზღვრაk), გამოიყენეთ განტოლება 1.5 ბ
სურათი 2 გვიჩვენებს ობიექტს, რომელიც რეგულარულად იზიდავს ისე, რომ ობიექტი მოძრაობს მუდმივი სიჩქარით. მუდმივი სიჩქარით მოძრაობისას, კინეტიკური ხახუნის ძალის (fk) სიდიდე უდრის მიზიდვის ძალის (F) სიდიდეს.
ნიუტონის პირველი კანონი ამბობს, რომ სხეული მოძრაობს მუდმივი სიჩქარით, თუ მისი სრული ძალა (შედეგობრივი ძალა) ნულის ტოლია.
ΣFx = 0 (ობიექტები ჰორიზონტალური მიმართულებით მუდმივი სიჩქარით მოძრაობენ)
ფ – ფk = 0
F = fk (1.6)
ნიმუშის ამოცანა 1:
სტუდენტი დინამომეტრის (ძალის საზომი ხელსაწყო) გამოყენებით მაგიდის ზედაპირზე ათავსებს 1 კგ მასის სხივს. როდესაც სხივი გადაადგილდება, დინამომეტრი აჩვენებს რიცხვს 2 N. თუ გრავიტაციის აჩქარება = 10 მ/წმ2, განსაზღვრეთ (ა) სტატიკური ხახუნის ძალის სიდიდე (ბ) სტატიკური ხახუნის კოეფიციენტი
გადაჭრა:
ცნობილია: m = 1 კგ, F = 2 N, გ = 10 მ/წმ2, w = მგ = 10 N
(ა) ვs
როდესაც სხივი გადაადგილდება, სტატიკური ხახუნის ძალის სიდიდე = მიზიდვის ძალის სიდიდეა (შეადარეთ განტოლება 1.4). ამგვარად, fs = F = 2 N.
(ბ) μs
fs = μs w
2 N = (μs)(10 N)
μs = 2 ნ / 10 ნ = 0.2
ნიმუშის ამოცანა 2:
მაგიდის ზედაპირის ზემოთ განლაგებული 1 კგ მასის სხივი რეგულარულად იჭიმება ისე, რომ სხივი მუდმივი სიჩქარით მოძრაობს. როდესაც სხივი მუდმივი სიჩქარით მოძრაობს, დინამომეტრი აჩვენებს რიცხვს 1 N. თუ გრავიტაციის აჩქარება = 10 მ/წმ2, განსაზღვრეთ (ა) კინეტიკური ხახუნის ძალის სიდიდე (ბ) კინეტიკური ხახუნის კოეფიციენტი
გადაჭრა:
ცნობილი: მ = 1 კგ, გ = 10 მ/წმ2, F = 1 N, w = მგ = 10 N
(ა) ვk
როდესაც სხივი რეგულარულად ან მუდმივი სიჩქარით მოძრაობს, კინეტიკური ხახუნის ძალის სიდიდე = მიზიდვის ძალის სიდიდეა (შეადარეთ განტოლება 1.6).
ასე რომ, ფk = F = 1 N
(ბ) μk
fk = μk w
1 N = (μk)(10 N)
μk = 1 ნ / 10 ნ = 0.1
