Үйкеліс күшін қалай өлшеуге болады
Gaya gesekan adalah salah satu gaya yang paling sering kita temui dalam kehidupan sehari-hari, mulai dari sepatu yang mencengkeram permukaan jalan, ban kendaraan yang tidak mudah tergelincir, hingga proses menghapus tulisan pensil dengan penghapus. Meski terlihat sederhana, gaya gesekan punya peran penting dalam sains dan rekayasa karena memengaruhi efisiensi gerak, keamanan, dan kinerja berbagai alat. Karena itu, memahami cara mengukur gaya gesekan menjadi keterampilan dasar dalam fisika, khususnya pada materi dinamika.
1. Түсіну Негізгі ұғымдар Үйкеліс күші
Secara umum, gaya gesekan adalah gaya yang muncul saat dua permukaan bersentuhan dan bergerak (atau cenderung bergerak) relatif satu sama lain. Arah gaya gesekan selalu berlawanan dengan arah gerak atau kecenderungan gerak benda.
Үйкеліс күштерінің екі негізгі түрі бар:
1. Gaya gesekan statis (fs) : terjadi ketika benda belum bergerak, tetapi ada gaya yang mencoba menggerakkannya. Besarnya menyesuaikan hingga mencapai nilai maksimum.
2. Gaya gesekan kinetis (fk) : terjadi ketika benda sudah bergerak. Nilainya relatif lebih konstan dibanding gesekan statis.
Жиі қолданылатын жалпы формулалар:
– Gaya gesekan statis maksimum :
\[
f_{s \,max} = \mu_s \, N
\]
– Gaya gesekan kinetis :
\[
f_k = \mu_k \, N
\]
Ақпарат:
– \( \mu_s \) = статикалық үйкеліс коэффициенті
– \( \mu_k \) = кинетикалық үйкеліс коэффициенті
– \( N \) = қалыпты күш (затқа түсетін беттік қысым күші)
Үйкеліс күшін өлшеу дегеніміз, әдетте күш өлшегіш құралмен немесе қозғалыс талдауымен тәжірибе жүзінде әсер ететін күштің мәнін анықтау дегенді білдіреді.
2. Үйкеліс күшін өлшеуге арналған құралдар мен материалдар
Мектепте немесе үйде қарапайым тәжірибелер үшін қажетті құралдарды табу салыстырмалы түрде оңай:
– Dinamometer (neraca pegas) : alat ukur gaya dalam satuan Newton (N)
– Benda yang akan diuji : misalnya balok kayu, penghapus, kotak kecil
– Permukaan uji : meja kayu, kaca, lantai keramik, amplas, kertas
– Tali atau pengait : untuk menarik benda
– Timbangan massa (opsional): untuk mengetahui massa benda
– Busur derajat dan papan miring (jika menggunakan metode bidang miring)
Бұл қарапайым құралдың көмегімен біз максималды статикалық үйкеліс күшін де, кинетикалық үйкеліс күшін де өлшей аламыз.
3. 1-әдіс: Динамометрмен үйкеліс күшін өлшеу (Көлденең тарту әдісі)
Ең тікелей әдіс - динамометрді пайдаланып, затты тегіс бетке тарту.
A. Максималды статикалық үйкеліс күшін өлшеу
Лангка-лангка:
1. Затты (мысалы, ағаш кесегін) тегіс бетке қойыңыз.
2. Жіпті заттың айналасына іліңіз және оны динамометрге қосыңыз.
3. Баяу тартып, тарту күшін біртіндеп арттырыңыз.
4. Perhatikan angka pada dinamometer. Selama benda belum bergerak, gaya gesekan statis menyesuaikan sama besar dengan созылу күші.
5. Catat nilai gaya saat benda baru saja mulai bergerak . Nilai ini adalah gaya gesekan statis maksimum (\( f_{s \,maks} \)).
Маңызды ескерту: тым тез алу көрсеткіштің күрт өсуіне және дәлдігінің төмендеуіне әкелуі мүмкін. Алу тұрақты болуы керек.
B. Кинетикалық үйкеліс күшін өлшеу
Лангка-лангка:
1. Setelah benda bergerak, pertahankan tarikan agar benda bergerak dengan kecepatan konstan .
2. Jika kecepatan konstan, maka resultan gaya mendekati nol, artinya созылу күші sama dengan gaya gesekan kinetis.
3. Тұрақты қозғалыс кезінде динамометрде тұрақты түрде оқылатын санды белгілеңіз. Бұл \( f_k \).
Әдетте, \(f_k \) \(f_{s \,max} \) мәнінен кіші. Сондықтан нысандардың «қозғалысын жалғастырудан» гөрі «қозғалысын бастауы» қиынырақ.
4. Menghitung Koefisien Gesekan dari Pengukuran
Егер қалыпты күш \(N \) белгілі болса, үйкеліс коэффициентін есептей аламыз.
Тегіс бетте:
\[
N = мг
\]
бірге:
– \( м \) = заттың массасы (кг)
– \( g \) = ауырлық күшінің әсерінен болатын үдеу (жақындату үшін ≈ 9,8 м/с² немесе 10 м/с²)
Егер біз \(f_{s \,max} \) алсақ, онда:
\[
\mu_s = \frac{f_{s \max}}{N}
\]
Егер \( f_k \) алынған болса, онда:
\[
\mu_k = \frac{f_k}{N}
\]
Қысқа мысал
Мысалы, үстелге салмағы 2 кг блок тартылады.
Қозғалыс басталған кездегі күш 6 Н, ал үздіксіз қозғалғанда 4 Н болады.
Сонымен:
– \( N = мг = 2 \ есе 10 = 20 \) N
– \( \mu_s = 6/20 = 0,3 \)
– \( \mu_k = 4/20 = 0,2 \)
Бұл нәтиже мағыналы, себебі кинетикалық үйкеліс коэффициенті әдетте аз болады.
5. 2-әдіс: Көлбеу жазықтықпен үйкеліс күшін өлшеу
Көлбеу жазықтық әдісі көбінесе динамометр болмаған кезде немесе балама әдіс ретінде қолданылады.
Принцип
Kita menaikkan sudut kemiringan papan hingga benda tepat mulai meluncur . Saat itu, gaya komponen berat sejajar bidang sama dengan gaya gesekan statis maksimum.
Егер сыни бұрыш √(√√) болса, онда:
\[
\mu_s = \tan(\theta)
\]
Бұл объект қосымша күш түсірмей көлбеу жазықтықта қозғала бастаған жағдайға қатысты.
Лангка-лангка:
1. Затты тақтаға қойыңыз.
2. Тақтаны баяу көтеріңіз, сонда бұрыш біртіндеп артады.
3. Нысанның қозғала бастайтын бұрышын бақылаңыз.
4. Бұрышты транспортирмен немесе бұрыш өлшеу құралымен өлшеңіз.
5. \( \mu_s \) \( \tan(\theta) \) көмегімен есептеңіз.
Кинетикалық үйкеліс үшін белгілі бір бұрышты орнатып, сырғанау кезіндегі заттың үдеуін өлшеп, содан кейін әсер ететін күштерді талдай аласыз. Дегенмен, бұл әдіс сәл күрделірек және әдетте уақытты/қашықтықты өлшеуді қажет етеді.
6. Өлшеу нәтижелеріне әсер ететін факторлар
Үйкеліс күшін өлшеу әрқашан бірдей мәнді бере бермейді, себебі оған көптеген факторлар әсер етеді, соның ішінде:
– Kekasaran permukaan : permukaan kasar biasanya meningkatkan gesekan.
– Kebersihan permukaan : debu, minyak, atau air dapat mengubah nilai gesekan.
– Luas bidang kontak : dalam model fisika ideal, luas kontak tidak memengaruhi gesekan secara langsung, tetapi pada bahan nyata bisa berpengaruh karena deformasi.
– Kecepatan gerak : pada beberapa material, gesekan bisa berubah seiring perubahan kecepatan.
– Suhu dan kelembapan : terutama pada karet atau bahan yang mudah berubah sifat.
– Cara menarik : jika tarikan tidak sejajar permukaan (terangkat sedikit), gaya normal berubah sehingga gesekan juga berubah.
Сондықтан, дәлірек нәтижелер алу үшін тәжірибені бірнеше рет жасап, орташа мәнді алыңыз.
7. Дәлірек өлшеулерге арналған кеңестер
Кейбір практикалық кеңестер:
1. Максималды статикалық үйкелісті өлшей отырып, затты баяу тартыңыз.
2. Тарту күші бетке параллель екеніне көз жеткізіңіз, сонда \(N \) өзгермейді.
3. Өлшеулерді кемінде 3 рет қайталаңыз.
4. Деректерді салыстыру үшін беткі жағдайды (құрғақ, шаңды, тайғақ) ескеріңіз.
5. Күшті дұрыс өлшеу үшін тұрақты және оңай аударылып кетпейтін затты пайдаланыңыз.
Жабу
Mengukur gaya gesekan bisa dilakukan dengan cara yang sederhana tetapi tetap ilmiah. Metode paling umum adalah menggunakan dinamometer untuk mengukur gaya saat benda mulai bergerak (gesekan statis maksimum) dan saat bergerak konstan (gesekan kinetis). Alternatif lainnya adalah metode bidang miring , yang memanfaatkan sudut kritis untuk menentukan koefisien gesekan statis. Dari hasil pengukuran, kita juga bisa menghitung koefisien gesekan dan memahami bagaimana kondisi permukaan memengaruhi besarnya gesekan.
Үйкелісті қалай өлшеу керектігін түсіну арқылы біз тек физика тұжырымдамасын ғана емес, сонымен қатар әртүрлі күнделікті әрекеттерде және инженерияда қауіпсіздікті, тиімділікті және жайлылықты анықтайтын маңызды құбылысты түсінеміз. Қаласаңыз, мен үйкеліске қатысты эксперименттік деректер кестесін, зертханалық есеп форматын немесе жаттығу сұрақтарын қоса аламын.
