ಘರ್ಷಣೆ ಬಲ

1. ಘರ್ಷಣೆ ಬಲದ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನ

ಘರ್ಷಣೆ ಎಂದರೆ ಪರಸ್ಪರ ಸ್ಪರ್ಶಿಸುವ ವಸ್ತುಗಳ ಮೇಲ್ಮೈಗಳ ನಡುವೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಎಳೆತ. ಈ ವಿಷಯದಲ್ಲಿ, ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲಾದ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವು ಸ್ಪರ್ಶಿಸುವ ಎರಡು ಘನ ದೇಹದ ಮೇಲ್ಮೈಗಳ ನಡುವೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಕಿರಣದ ಬುಡ ಮತ್ತು ನೆಲದ ಮೇಲ್ಮೈ ನಡುವಿನ ಘರ್ಷಣೆ, ಶೂ ಬೇಸ್ ಮತ್ತು ನೆಲದ ಮೇಲ್ಮೈ ನಡುವಿನ ಘರ್ಷಣೆ, ಕಾರಿನ ಚಕ್ರಗಳು ಮತ್ತು ರಸ್ತೆ ಮೇಲ್ಮೈ ನಡುವಿನ ಘರ್ಷಣೆ.

ಪರಸ್ಪರ ಸ್ಪರ್ಶಿಸುವ ಘನ ವಸ್ತುಗಳ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವು ಯಾವಾಗಲೂ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ವಸ್ತುಗಳು ತುಂಬಾ ಮೃದುವಾಗಿದ್ದರೂ ಸಹ. ನಯವಾದ ಮೇಲ್ಮೈಗಳು ಸಹ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ತುಂಬಾ ಒರಟಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಒಂದು ವಸ್ತು ಚಲಿಸಿದಾಗ, ಈ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ರೇಖೆಗಳು ಚಲನೆಗೆ ಅಡ್ಡಿಪಡಿಸುತ್ತವೆ. ಪರಮಾಣು ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ, ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಮುಂಚಾಚಿರುವಿಕೆಯು ಪರಮಾಣುಗಳು ಇತರ ಮೇಲ್ಮೈಗಳಿಗೆ ಬಹಳ ಹತ್ತಿರವಾಗುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಪರಮಾಣುಗಳ ನಡುವಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲಗಳು ರಾಸಾಯನಿಕ ಬಂಧಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸಬಹುದು, ಚಲಿಸುವ ವಸ್ತುವಿನ ಎರಡು ಮೇಲ್ಮೈಗಳ ನಡುವಿನ ಒಕ್ಕೂಟವಾಗಿ. ಒಂದು ವಸ್ತು ಚಲಿಸಿದಾಗ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ನೀವು ಮೇಜಿನ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಪುಸ್ತಕವನ್ನು ತಳ್ಳಿದಾಗ, ಪುಸ್ತಕದ ಚಲನೆಯು ಅಡೆತಡೆಗಳನ್ನು ಅನುಭವಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅಂತಿಮವಾಗಿ ನಿಲ್ಲುತ್ತದೆ. ಇದು ಬಂಧದ ರಚನೆ ಮತ್ತು ಬಿಡುಗಡೆಯಿಂದಾಗಿ.

ಒಂದು ವಸ್ತುವಿನ ಮೇಲ್ಮೈ ಮತ್ತೊಂದು ವಸ್ತುವಿನ ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಉಜ್ಜಿದರೆ, ಈ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ವಸ್ತುಗಳು ಪರಸ್ಪರ ಘರ್ಷಣೆಯ ಮೇಲೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ. ಚಲಿಸುವ ವಸ್ತುವಿನ ಮೇಲಿನ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವು ಯಾವಾಗಲೂ ವಸ್ತುವಿನ ಚಲನೆಯ ದಿಕ್ಕಿಗೆ ವಿರುದ್ಧ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ವಸ್ತುಗಳ ಚಲನೆಯನ್ನು ತಡೆಯುವುದರ ಜೊತೆಗೆ, ಘರ್ಷಣೆಯು ಸವೆತ ಮತ್ತು ಹಾನಿಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಬಹುದು. ನಾವು ಇದನ್ನು ವಾಹನ ಎಂಜಿನ್‌ನಲ್ಲಿ ಗಮನಿಸಬಹುದು. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ನಾವು ಮೋಟಾರ್‌ಸೈಕಲ್ ಎಂಜಿನ್‌ಗೆ ನಯಗೊಳಿಸುವ ಎಣ್ಣೆಯನ್ನು ಒದಗಿಸಿದಾಗ, ಎಂಜಿನ್ ಒಳಗೆ ಸಂಭವಿಸುವ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ನಾವು ಬಯಸುತ್ತೇವೆ. ಅದಕ್ಕೆ ನಯಗೊಳಿಸುವ ಎಣ್ಣೆಯನ್ನು ನೀಡದಿದ್ದರೆ, ನಮ್ಮ ವಾಹನ ಎಂಜಿನ್ ಬೇಗನೆ ಹಾನಿಗೊಳಗಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಉದಾಹರಣೆಯು ಘರ್ಷಣೆಯಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ನಷ್ಟಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿದೆ.

2. ವಿಧಗಳು ಘರ್ಷಣೆ ಬಲಗಳು

ಎರಡು ರೀತಿಯ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲಗಳಿವೆ, ಅವುಗಳೆಂದರೆ ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆಯ ಬಲ (f _s ) ಮತ್ತು ಚಲನ ಘರ್ಷಣೆಯ ಬಲ (f _k ). ವಸ್ತುವು ಚಲಿಸದಿದ್ದಾಗ ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವು ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ವಸ್ತುವು ಚಲಿಸುತ್ತಿರುವಾಗ ಚಲನ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವು ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ನೀವು ಟೇಬಲ್ ಅನ್ನು ತಳ್ಳಿದರೆ, ಆದರೆ ಟೇಬಲ್ ಚಲಿಸದಿದ್ದರೆ, ವಿಶ್ರಾಂತಿಯಲ್ಲಿರುವ ಮೇಜಿನ ಮೇಲೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವು ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ಟೇಬಲ್ ಚಲಿಸುತ್ತಿರುವಾಗ, ಮೇಜಿನ ಮೇಲೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವು ಚಲನ ಘರ್ಷಣೆಯಾಗಿದೆ. ಚಲಿಸುವ ಟೇಬಲ್ ಅನ್ನು ಯಾವಾಗಲೂ ತಳ್ಳದಿದ್ದರೆ, ಸ್ವಲ್ಪ ಸಮಯದವರೆಗೆ ಚಲಿಸಿದ ನಂತರ ಟೇಬಲ್ ನಿಲ್ಲುತ್ತದೆ. ಟೇಬಲ್‌ನ ಚಲನೆಯನ್ನು ನಿರ್ಬಂಧಿಸುವ ಚಲನ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲದಿಂದಾಗಿ ಟೇಬಲ್ ನಿಲ್ಲುತ್ತದೆ.

ನಯವಾದ ಯಾವುದನ್ನಾದರೂ ಹೆಜ್ಜೆ ಹಾಕುವಾಗ ಎಂದಾದರೂ ಜಾರಿದಿದ್ದೀರಾ? ನೀವು ಜಾರಿದಾಗ, ಶೂನ ಬುಡ ಅಥವಾ ನಯವಾದ ಮೇಲ್ಮೈ ಹೊಂದಿರುವ ಸ್ಯಾಂಡಲ್‌ನ ಕೆಳಭಾಗದ ನಡುವೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವು ಚಲನಶೀಲ ಘರ್ಷಣೆಯಾಗಿದೆ. ಈ ಸಮಸ್ಯೆಯು ಮೋಟಾರ್‌ಸೈಕಲ್ ಅಥವಾ ಕಾರು ಒದ್ದೆಯಾದ ಮತ್ತು ನಯವಾದ ರಸ್ತೆ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಚಲಿಸುವಾಗ, ಚಕ್ರ ಜಾರುವವರೆಗೆ ಬ್ರೇಕ್ ಹಾಕುವಂತೆಯೇ ಇರುತ್ತದೆ. ಚಕ್ರಗಳು ಜಾರಿದಾಗ, ಚಕ್ರದ ಮೇಲ್ಮೈ ಮತ್ತು ರಸ್ತೆ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವು ಚಲನಶೀಲ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ನೀವು ನಡೆಯುವಾಗ, ಶೂ ಬೇಸ್ ಅಥವಾ ಸ್ಯಾಂಡಲ್‌ಗಳ ಕೆಳಭಾಗ ಮತ್ತು ನೆಲದ ಮೇಲ್ಮೈ ನಡುವೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವು ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಅದೇ ರೀತಿ, ಚಕ್ರಗಳು ಜಾರಿಕೊಳ್ಳದಿದ್ದಾಗ, ಚಕ್ರ ಮತ್ತು ರಸ್ತೆಯ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವು ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವಾಗಿರುತ್ತದೆ.

೨.೧ ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲ

ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲ ಎಂದರೆ ವಸ್ತುಗಳು ಇನ್ನೂ ಚಲಿಸದಿರುವಾಗ ಪರಸ್ಪರ ಸ್ಪರ್ಶಿಸುವ ವಸ್ತುಗಳ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲ.

ಚಿತ್ರ 1 ರಲ್ಲಿ ಇನ್ನೂ ಸಮತಟ್ಟಾದ ಸಮತಲದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿರುವ ವಸ್ತುವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ವಸ್ತುವು ಇನ್ನೂ ಚಲಿಸದಿದ್ದರೆ, ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲ (fs) ಎಳೆಯುವ ಬಲ (F) ಗಿಂತ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ. ಎಳೆಯುವುದನ್ನು ಮುಂದುವರಿಸಿದರೆ, ವಸ್ತು ಚಲಿಸುತ್ತದೆ. ಬಲ ವಸ್ತು ಚಲಿಸಿದಾಗ, ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲದ ಪ್ರಮಾಣ (f_s) ಎಳೆಯುವ ಬಲದ (F) ಪ್ರಮಾಣಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ನ್ಯೂಟನ್‌ನ ಮೊದಲ ನಿಯಮದ ಪ್ರಕಾರ, ಒಟ್ಟು ಬಲ (ಫಲಿತ ಬಲ) ಶೂನ್ಯವಾಗಿದ್ದರೆ ವಸ್ತುಗಳು ನಿಶ್ಚಲವಾಗಿರುತ್ತವೆ.

ΣF _y = 0 (ವಸ್ತುವು ಲಂಬ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಚಲಿಸದೆ ನಿಶ್ಚಲವಾಗಿರುತ್ತದೆ)

N – w = 0

N = w (1.2)

ಸಮೀಕರಣ 1.1 ರಲ್ಲಿ N ಅನ್ನು ಸಮೀಕರಣ 1.2 ರಲ್ಲಿ N ನೊಂದಿಗೆ ಬದಲಾಯಿಸಿ.

f _s = μ _s w

f _s = μ _s ಮಿಗ್ರಾಂ (1.3)

fs = ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆ (N), μs = ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆಯ ಗುಣಾಂಕ, N = ಸಾಮಾನ್ಯ ಬಲ (N), w = ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆ (N), m = ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ (kg), g = ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯ ವೇಗವರ್ಧನೆ (m/s ² )

ನೀವು ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆಯ ಗುಣಾಂಕವನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಲು ಬಯಸಿದರೆ, ಸಮೀಕರಣ 1.1 b ಅನ್ನು ಬಳಸಿ

Σf _x = 0 (ವಸ್ತುವು ನಿಂತಲ್ಲೇ ಇರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಮತಲ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವುದಿಲ್ಲ)

ಎಫ್ – ಎಫ್ _ಎಸ್ = 0

ಎಫ್ = ಎಫ್ _ಎಸ್ (1.4)

ವಸ್ತುವು ಚಲಿಸಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸಿದಾಗ, ಗರಿಷ್ಠ ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲವು ತಳ್ಳುವ ಅಥವಾ ಎಳೆಯುವ ಬಲದ ಪ್ರಮಾಣಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿರುತ್ತದೆ.

೨.೨ ಚಲನ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲ

ಚಲನ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲ ಎಂದರೆ ಒಂದು ವಸ್ತು ಚಲಿಸುವಾಗ ಪರಸ್ಪರ ಸ್ಪರ್ಶಿಸುವ ವಸ್ತುಗಳ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲ.

ನೀವು ಚಲನ ಘರ್ಷಣೆಯ ಗುಣಾಂಕವನ್ನು (μ _k ) ನಿರ್ಧರಿಸಲು ಬಯಸಿದರೆ, ಸಮೀಕರಣ 1.5 b ಅನ್ನು ಬಳಸಿ.

ಚಿತ್ರ 2 ರಲ್ಲಿ ಒಂದು ವಸ್ತುವು ಸ್ಥಿರ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವಂತೆ ನಿಯಮಿತವಾಗಿ ಎಳೆಯಲ್ಪಡುವುದನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಸ್ಥಿರ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವಾಗ, ಚಲನ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲದ (fk) ಪ್ರಮಾಣವು ಎಳೆತ ಬಲದ (F) ಪ್ರಮಾಣಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ನ್ಯೂಟನ್‌ನ ಮೊದಲ ನಿಯಮದ ಪ್ರಕಾರ, ಒಟ್ಟು ಬಲ (ಫಲಿತಾಂಶ ಬಲ) ಶೂನ್ಯವಾಗಿದ್ದರೆ ವಸ್ತುವು ಸ್ಥಿರ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ.

ΣF _x = 0 (ವಸ್ತುಗಳು ಸಮತಲ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಸ್ಥಿರ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ)

ಎಫ್ – ಎಫ್ _ಕೆ = 0

ಎಫ್ = ಎಫ್ _ಕೆ (1.6)

ಮಾದರಿ ಸಮಸ್ಯೆ 1:

ಒಬ್ಬ ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿಯು ಡೈನಮೋಮೀಟರ್ (ಬಲವನ್ನು ಅಳೆಯುವ ಸಾಧನ) ಬಳಸಿ ಮೇಜಿನ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿರುವ 1 ಕೆಜಿ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯ ಕಿರಣವನ್ನು ಎಳೆಯುತ್ತಾನೆ. ಕಿರಣವು ಚಲಿಸಿದಾಗ, ಡೈನಮೋಮೀಟರ್ ಸಂಖ್ಯೆ 2 N ಅನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯ ವೇಗವರ್ಧನೆ = 10 ಮೀ/ಸೆ ² ಆಗಿದ್ದರೆ , (ಎ) ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲದ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಿ (ಬಿ) ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆಯ ಗುಣಾಂಕ

ಪರಿಹಾರ:

ತಿಳಿದಿರುವ ಅಂಶಗಳು : m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s ² , w = mg = 10 N

(ಎ) ಎಫ್ _ಎಸ್

ಕಿರಣವು ಚಲಿಸಿದಾಗ, ಸ್ಥಿರ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲದ ಪ್ರಮಾಣ = ಎಳೆತ ಬಲದ ಪ್ರಮಾಣ (ಸಮೀಕರಣ 1.4 ಅನ್ನು ಹೋಲಿಸಿ). ಆದ್ದರಿಂದ, f _s = F = 2 N.

(ಬಿ) μ _ಸೆ

f _s = μ _s w

2 N = (μ _s )(10 N)

μ _ಸೆ = 2 ಎನ್ / 10 ಎನ್ = 0.2

ಮಾದರಿ ಸಮಸ್ಯೆ 2:

ಮೇಜಿನ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಇರುವ 1 ಕೆಜಿ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಿರಣವನ್ನು ನಿಯಮಿತವಾಗಿ ಎಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಇದರಿಂದ ಕಿರಣವು ಸ್ಥಿರ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ. ಕಿರಣವು ಸ್ಥಿರ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸಿದಾಗ, ಡೈನಮೋಮೀಟರ್ ಸಂಖ್ಯೆ 1 N ಅನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯ ವೇಗವರ್ಧನೆ = 10 ಮೀ/ಸೆ ² ಆಗಿದ್ದರೆ , (ಎ) ಚಲನ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲದ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಿ (ಬಿ) ಚಲನ ಘರ್ಷಣೆಯ ಗುಣಾಂಕ

ಪರಿಹಾರ:

ತಿಳಿದಿರುವವು: m = 1 ಕೆಜಿ, g = 10 m/s ² , F = 1 N, w = mg = 10 N

(ಎ) ಎಫ್ _ಕೆ

ಕಿರಣವು ನಿಯಮಿತವಾಗಿ ಚಲಿಸಿದಾಗ ಅಥವಾ ಸ್ಥಿರ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸಿದಾಗ, ಚಲನ ಘರ್ಷಣೆ ಬಲದ ಪ್ರಮಾಣ = ಎಳೆತ ಬಲದ ಪ್ರಮಾಣ (ಸಮೀಕರಣ 1.6 ಅನ್ನು ಹೋಲಿಕೆ ಮಾಡಿ).

ಆದ್ದರಿಂದ f _k = F = 1 N

(ಬಿ) μ _ಕೆ

f _k = μ _k w

1 N = (μ _k )(10 N)

μ _ಕೆ = 1 ಎನ್ / 10 ಎನ್ = 0.1