Үйкеліс күші

1. Үйкеліс күшінің анықтамасы

Үйкеліс – бір-біріне тиетін заттардың беттері арасында әсер ететін кедергі. Бұл тақырыпта зерттелетін үйкеліс күші екі қатты дене беті арасында әрекет ететін үйкеліс күшімен байланысты. Мысалы, арқалықтың табаны мен еден беті арасындағы үйкеліс, аяқ киім табаны мен еден беті арасындағы үйкеліс, автомобиль доңғалақтары мен жол беті арасындағы үйкеліс.

Үйкеліс күші әрқашан бір-біріне тиетін қатты заттардың бетінде әсер етеді, тіпті заттар өте тегіс болса да. Тіпті тегіс беттер де микроскопиялық масштабта өте кедір-бұдыр болады. Нысан қозғалған кезде, бұл микроскопиялық жоталар қозғалысқа кедергі келтіреді. Атом деңгейінде бетіндегі шығыңқы нүкте атомдардың басқа беттерге өте жақын орналасуына әкеледі, сондықтан атомдар арасындағы электр күштері қозғалатын заттың екі бетінің бірігуі ретінде химиялық байланыстар түзе алады. Нысан қозғалған кезде, мысалы, кітапты үстел бетіне итергенде, кітаптың қозғалысы кедергілерге тап болып, ақыры тоқтайды. Бұл байланыстың пайда болуына және босатылуына байланысты.

Егер заттың беті басқа заттың бетіне үйкелсе, бұл заттардың әрқайсысы бір-бірінің арасындағы үйкеліске әсер етеді. Қозғалыстағы затқа түсетін үйкеліс күші әрқашан заттың қозғалыс бағытына қарама-қарсы бағытта болады. Заттардың қозғалысын тежеумен қатар, үйкеліс тозу мен зақым келтіруі мүмкін. Біз мұны көлік қозғалтқышынан байқай аламыз. Мысалы, мотоцикл қозғалтқышына майлау майын берген кезде, біз қозғалтқыштың ішінде пайда болатын үйкеліс күшін азайтқымыз келеді. Егер оған майлау майы берілмесе, біздің көлік қозғалтқышымыз тез зақымдалады. Бұл мысал үйкеліс тудыратын шығындардың бірі.

2. түрлері үйкеліс күштері

Үйкеліс күштерінің екі түрі бар, атап айтқанда статикалық үйкеліс күші (f_s) және кинетикалық үйкеліс күші (f_k). Статикалық үйкеліс күші зат қозғалмаған кезде жұмыс істейді, ал кинетикалық үйкеліс күші зат қозғалған кезде жұмыс істейді. Егер сіз үстелді итерсеңіз, бірақ үстел қозғалмаса, онда тыныштықтағы үстелге әсер ететін үйкеліс күші статикалық үйкеліс күші болып табылады. Керісінше, үстел қозғалған кезде үстелге әсер ететін үйкеліс күші кинетикалық үйкеліс болып табылады. Егер қозғалатын үстел әрқашан итерілмесе, үстел біраз уақыт қозғалғаннан кейін тоқтайды. Үстел үстелдің қозғалысын бөгейтін кинетикалық үйкеліс күшіне байланысты тоқтайды.

Тегіс нәрсеге басқанда тайғанап көрдіңіз бе? Тайғанап кеткенде, аяқ киімнің табаны немесе тегіс беті бар сандалдың табаны арасында әрекет ететін үйкеліс күші кинетикалық үйкеліс болып табылады. Бұл мәселе мотоцикл немесе автомобиль дымқыл және тегіс жол бетімен жүріп, доңғалақ тайғанап кеткенше тежеген кездегі жағдайға ұқсас. Доңғалақтар тайғанап кеткенде, доңғалақ беті мен жол бетіне әсер ететін үйкеліс күші кинетикалық үйкеліс күші болып табылады. Керісінше, жүргенде, аяқ киімнің табаны немесе сандалдың табаны мен еден беті арасында әрекет ететін үйкеліс күші статикалық үйкеліс күші болып табылады. Сол сияқты, доңғалақтар таймаған кезде, доңғалақ беті мен жолға әсер ететін үйкеліс күші статикалық үйкеліс болып табылады.

2.1 Статикалық үйкеліс күші

Статикалық үйкеліс күші - бұл әлі қозғалмаған заттар бір-біріне тиіп тұрған заттардың бетіне әсер ететін үйкеліс күші.

1-суретте жазық жазықтықтың бетінде әлі тұрған зат көрсетілген. Егер зат әлі қозғалмаса, онда статикалық үйкеліс күші (fs) тарту күшінен (F) аз болады. Егер ол тартыла берсе, онда зат қозғалады. Оң жақ зат қозғалған кезде, статикалық үйкеліс күшінің шамасы (f) ..._s) тарту күшінің шамасына (F) тең.

Ньютонның бірінші заңы бойынша, егер жалпы күш (нәтижелік күш) нөлге тең болса, денелер тыныштықта болады.

ΣF_y = 0 (Нысан тік бағытта қозғалмайды және тіреледі)

N – w = 0

N = w (1.2)

1.1 теңдеуіндегі N мәнін 1.2 теңдеуіндегі N мәнімен ауыстырыңыз

f_s = μ_s w

f_s = μ_s мг (1.3)

fs = статикалық үйкеліс (N), μs = статикалық үйкеліс коэффициенті, N = қалыпты күш (N), w = ауырлық күші (N), m = масса (кг), g = ауырлық күшінің үдеуі (м/с)²)

Егер сіз статикалық үйкеліс коэффициентін анықтағыңыз келсе, онда 1.1b теңдеуін қолданыңыз

Σf_x = 0 (Нысан тік тұрады және көлденең бағытта қозғалмайды)

F – f_s = 0

F = f_s (1.4)

Нысан қозғала бастаған кезде, максималды статикалық үйкеліс күші итеру немесе тарту күшінің шамасына тең болады.

2.2 Кинетикалық үйкеліс күші

Кинетикалық үйкеліс күші - бұл қозғалыс кезінде бір-біріне тиетін заттардың бетіне әсер ететін үйкеліс күші.

Егер кинетикалық үйкеліс коэффициентін (μ) анықтағыңыз келсе_k), 1.5b теңдеуін қолданыңыз

2-суретте зат тұрақты жылдамдықпен қозғалатындай етіп үнемі тартылып жатқан зат көрсетілген. Тұрақты жылдамдықпен қозғалған кезде кинетикалық үйкеліс күшінің шамасы (fk) тарту күшінің шамасына (F) тең.

Ньютонның бірінші заңы бойынша, егер жалпы күш (нәтижелік күш) нөлге тең болса, дене тұрақты жылдамдықпен қозғалады.

ΣF_x = 0 (нысандар көлденең бағытта тұрақты жылдамдықпен қозғалады)

F – f_k = 0

F = f_k (1.6)

1-үлгі есеп:

Студент динамометрді (күш өлшейтін құрал) пайдаланып, үстел бетінде орналасқан массасы 1 кг сәулені тартады. Сәуле қозғалған кезде динамометр 2 Н санын көрсетеді. Егер ауырлық күшінің үдеуі = 10 м/с болса², (а) статикалық үйкеліс күшінің шамасын (b) статикалық үйкеліс коэффициентін анықтаңыз

Шешім:

белгілі: m = 1 кг, F = 2 Н, g = 10 м/с², w = mg = 10 N

(a) f_s

Сәуле қозғалған кезде, статикалық үйкеліс күшінің шамасы = тарту күшінің шамасы (1.4 теңдеуімен салыстырыңыз). Сонымен, f_s = F = 2 Н.

(b) μ_s

f_s = μ_s w

2 N = (μ_s)(10 N)

μ_s = 2 Н / 10 Н = 0.2

2-үлгі есеп:

Үстел бетінің үстінде орналасқан массасы 1 кг арқалық тұрақты жылдамдықпен қозғалуы үшін үнемі тартылады. Арқалық тұрақты жылдамдықпен қозғалғанда, динамометр 1 Н санын көрсетеді. Егер ауырлық күшінің үдеуі = 10 м/с болса², (а) кинетикалық үйкеліс күшінің шамасын (b) кинетикалық үйкеліс коэффициентін анықтаңыз

Шешім:

Белгілі: м = 1 кг, г = 10 м/с², F = 1 N, w = mg = 10 N

(a) f_k

Сәуле үнемі немесе тұрақты жылдамдықпен қозғалғанда, кинетикалық үйкеліс күшінің шамасы = тарту күшінің шамасы (1.6 теңдеуімен салыстырыңыз).

Сондықтан f_k = F = 1 N

(b) μ_k

f_k = μ_k w

1 N = (μ_k)(10 N)

μ_k = 1 Н / 10 Н = 0.1