Сүрүлүү күчүн кантип өлчөө керек
Сүрүлүү - бул күнүмдүк жашоодо кездешүүчү эң кеңири тараган күчтөрдүн бири, бут кийимдин жолдун бетин кармап турушунан, унаа дөңгөлөктөрүнүн тайгаланышынан баштап, карандаш издерин өчүргүч менен өчүрүү процессине чейин. Сырткы көрүнүшү жөнөкөй болгону менен, сүрүлүү илимде жана инженерияда маанилүү ролду ойнойт, анткени ал кыймылдын натыйжалуулугуна, коопсуздугуна жана ар кандай шаймандардын иштешине таасир этет. Ошондуктан, сүрүлүүнү кантип өлчөө керектигин түшүнүү физикада, айрыкча динамикадагы негизги көндүм болуп саналат.
1. Сүрүлүү күчүнүн негизги түшүнүгүн түшүнүү
Жалпысынан алганда, сүрүлүү – бул эки бет бири-бирине тийип, бири-бирине салыштырмалуу кыймылдаганда (же кыймылдоого умтулганда) пайда болгон күч. Сүрүлүү күчүнүн багыты ар дайым нерсенин кыймыл багытына же кыймылдоо тенденциясына карама-каршы келет.
Сүрүлүү күчтөрүнүн эки негизги түрү бар:
1. Статикалык сүрүлүү күчү (fs): нерсе али кыймылдай электе, бирок күч аны жылдырууга аракет кылганда пайда болот. Анын чоңдугу максималдуу мааниге жеткенге чейин өзгөрөт.
2. Кинетикалык сүрүлүү күчү (fk): нерсе кыймылдап турганда пайда болот. Анын мааниси статикалык сүрүлүүгө караганда салыштырмалуу туруктуураак.
Көп колдонулган жалпы формулалар:
– Максималдуу статикалык сүрүлүү күчү:
\[
f_{s \,макс} = \mu_s \, N
\]
– Кинетикалык сүрүлүү күчү:
\[
f_k = \mu_k \, N
\]
Маалымат:
– \( \mu_s \) = статикалык сүрүлүү коэффициенти
– \( \mu_k \) = кинетикалык сүрүлүү коэффициенти
– \( N \) = нормалдуу күч (объекттин бетине таасир этүүчү басым күчү)
Сүрүлүү күчүн өлчөө дегенибиз, биз таасир этүүчү күчтүн маанисин эксперименталдык жол менен, адатта күч өлчөөчү аспап же кыймылды талдоо менен аныктоо дегенди билдирет.
2. Сүрүлүү күчүн өлчөө үчүн куралдар жана материалдар
Мектепте же үйдө жөнөкөй эксперименттер үчүн керектүү шаймандарды табуу салыштырмалуу оңой:
– Динамометр (пружина балансы): Ньютондордо (Н) күчтү өлчөөчү курал
– Сыноого алынуучу буюмдар: мисалы, жыгач блоктор, өчүргүчтөр, кичинекей кутулар
– Сыноо беттери: жыгач столдор, айнек, керамикалык полдор, кум кагаз, кагаз
– Аркан же илгич: буюмдарды тартуу үчүн
– Масса шкаласы (милдеттүү эмес): нерсенин массасын билүү үчүн
– Транспортир жана жантайыңкы тегиздик (эгер жантайыңкы тегиздик ыкмасы колдонулса)
Бул жөнөкөй курал менен биз максималдуу статикалык сүрүлүү күчүн, ошондой эле кинетикалык сүрүлүү күчүн өлчөй алабыз.
3. 1-ыкма: Динамометр менен сүрүлүү күчүн өлчөө (горизонталдуу тартуу ыкмасы)
Эң түз ыкма - динамометрди колдонуп, нерсени тегиз бетке тартуу.
A. Максималдуу статикалык сүрүлүү күчүн өлчөө
Кадамдар:
1. Бир нерсени (мисалы, жыгачтын бир бөлүгүн) тегиз жерге коюңуз.
2. Жипти буюмдун айланасына илип, динамометрге туташтырыңыз.
3. Жай тартып, тартуу күчүн акырындык менен жогорулатыңыз.
4. Динамометрдеги сандарга көңүл буруңуз. Нерсе кыймылдабай турганда, статикалык сүрүлүү күчү анын өлчөмү менен бирдей өлчөмгө туураланат. созулуу күчү.
5. Нерсе жаңыдан кыймылдай баштагандагы күчтүн маанисин жазыңыз. Бул маани максималдуу статикалык сүрүлүү күчү (\( f_{s \,max} \)).
Маанилүү эскертүү: өтө тез алуу көрсөткүчтүн кескин жогорулашына жана так эместигине алып келиши мүмкүн. Алып салуу туруктуу болушу керек.
B. Кинетикалык сүрүлүү күчүн өлчөө
Кадамдар:
1. Объект кыймылдап баштагандан кийин, ал туруктуу ылдамдыкта кыймылдашы үчүн тартуу күчүн сактаңыз.
2. Эгерде ылдамдык туруктуу болсо, анда пайда болгон күч нөлгө жакындайт, башкача айтканда созулуу күчү кинетикалык сүрүлүү күчүнө барабар.
3. Тынымсыз кыймыл учурунда динамометрде туруктуу окулган санды белгилегиле. Бул \( f_k \).
Адатта, \(f_k \) \(f_{s \,max} \) караганда кичине. Ошондуктан объектилердин "кыймылдай баштоосу" "кыймылдап турушун" сактоого караганда кыйыныраак.
4. Өлчөөлөрдөн сүрүлүү коэффициентин эсептөө
Эгерде нормалдуу күч \(N \) белгилүү болсо, анда сүрүлүү коэффициентин эсептей алабыз.
Тегиз бетте:
\[
N = мг
\]
менен:
– \( м \) = объекттин массасы (кг)
– \( g \) = тартылуу күчүнөн улам ылдамдануу (болжолдоо үчүн ≈ 9,8 м/с² же 10 м/с²)
Эгерде биз \(f_{s \,max} \) алсак, анда:
\[
\mu_s = \frac{f_{s \max}}{N}
\]
Эгерде \( f_k \) алынган болсо, анда:
\[
\mu_k = \frac{f_k}{N}
\]
Кыскача мисал
Мисалы, столго 2 кг массадагы блок тартылат.
Кыймыл башталганда күч 6 Н деп көрсөтүлөт, ал эми тынымсыз кыймылдаганда 4 Н деп көрсөтүлөт.
Ошентип:
– \( N = мг = 2 \убакыт 10 = 20 \) N
– \( \mu_s = 6/20 = 0,3 \)
– \( \mu_k = 4/20 = 0,2 \)
Бул жыйынтык мааниге ээ, анткени кинетикалык сүрүлүү коэффициенти адатта кичине болот.
5. 2-ыкма: Жантайыңкы тегиздик менен сүрүлүү күчүн өлчөө
Жантайыңкы тегиздик ыкмасы көбүнчө динамометр жок болгондо же альтернативдүү ыкма катары колдонулат.
Принцип
Биз тактайдын эңкейиш бурчун нерсе жаңы эле тайгалана баштаганга чейин көбөйтөбүз. Ошол учурда, тегиздикке параллель салмак күчүнүн компоненти максималдуу статикалык сүрүлүү күчүнө барабар болот.
Эгерде критикалык бурч √(√√) болсо, анда:
\[
\mu_s = \tan(\theta)
\]
Бул объект кошумча күчсүз жантайыңкы тегиздикте кыймылдай баштаган шартка тиешелүү.
Кадамдар:
1. Буюмду тактага коюңуз.
2. Тактайды акырындык менен көтөрүңүз, ошондо бурч акырындык менен чоңоёт.
3. Объекттин кыймылдай баштаган бурчун байкаңыз.
4. Бурчту транспортир же бурч өлчөгүч менен өлчөңүз.
5. \( \mu_s \) \( \tan(\theta) \) жардамы менен эсептеңиз.
Кинетикалык сүрүлүү үчүн, сиз белгилүү бир бурчту коюп, объект тайгаланып бара жатканда анын ылдамдануусун өлчөй аласыз, андан кийин иштеги күчтөрдү талдай аласыз. Бирок, бул ыкма бир аз татаалыраак жана адатта убакытты/аралыкты өлчөөнү талап кылат.
6. Өлчөөнүн жыйынтыктарына таасир этүүчү факторлор
Сүрүлүү күчүн өлчөө дайыма эле бирдей маанини бере бербейт, анткени ага көптөгөн факторлор таасир этет, анын ичинде:
– Беттин оройлугу: одуракай беттер, адатта, сүрүлүүнү күчөтөт.
– Беттин тазалыгы: чаң, май же суу сүрүлүү маанисин өзгөртүшү мүмкүн.
– Байланыш аймагы: идеалдуу физикалык моделдерде байланыш аймагы сүрүлүүгө түздөн-түз таасир этпейт, бирок реалдуу материалдарда деформациядан улам ага таасир этиши мүмкүн.
– Кыймыл ылдамдыгы: кээ бир материалдарда сүрүлүү ылдамдыктын өзгөрүшү менен өзгөрүшү мүмкүн.
– Температура жана нымдуулук: айрыкча, резина же касиеттерин оңой өзгөртө турган материалдар үчүн.
– Кантип тартуу керек: эгерде тартуу күчү бетке параллель болбосо (бир аз көтөрүлсө), анда нормалдуу күч өзгөрөт, ошондуктан сүрүлүү да өзгөрөт.
Ошондуктан, так натыйжа алуу үчүн, экспериментти бир нече жолу жасап, орточо маанини алыңыз.
7. Так өлчөөлөр боюнча кеңештер
Кээ бир практикалык кеңештер:
1. Максималдуу статикалык сүрүлүүнү өлчөп жатып, нерсени жай тартыңыз.
2. Тартуу күчү бетке параллель экенине ынаныңыз, ошондо \( N \) өзгөрбөйт.
3. Кайталап өлчөөлөрдү кеминде 3 жолу жүргүзүңүз.
4. Маалыматтарды салыштыруу үчүн беттин абалын (кургак, чаңдуу, тайгак) белгилеңиз.
5. Күч туура өлчөнүш үчүн туруктуу жана оңой менен оодарылып кетпеген нерсени колдонуңуз.
Penutup
Сүрүлүү күчүн өлчөө жөнөкөй, бирок илимий жол менен жүргүзүлүшү мүмкүн. Эң кеңири таралган ыкма - нерсе кыймылдай баштаганда (максималдуу статикалык сүрүлүү) жана туруктуу ылдамдыкта кыймылдаганда (кинетикалык сүрүлүү) күчтү өлчөө үчүн динамометрди колдонуу. Дагы бир альтернатива - жантайыңкы тегиздик ыкмасы, ал статикалык сүрүлүү коэффициентин аныктоо үчүн критикалык бурчту колдонот. Өлчөөлөрдөн биз сүрүлүү коэффициентин эсептеп, беттик шарттар сүрүлүүнүн чоңдугуна кандай таасир этерин түшүнө алабыз.
Сүрүлүүнү кантип өлчөө керектигин түшүнүү менен биз физика түшүнүгүн гана үйрөнбөстөн, ар кандай күнүмдүк иш-аракеттерде жана инженерияда коопсуздукту, натыйжалуулукту жана ыңгайлуулукту аныктаган маанилүү кубулушту да түшүнөбүз. Кааласаңыз, мен эксперименталдык маалыматтардын таблицасын, лабораториялык отчеттун форматын же сүрүлүүгө байланыштуу практикалык суроолорду кошо алам.
