1. Berzes spēka definīcija
Berze ir pretestība, kas darbojas starp priekšmetu virsmām, kas saskaras viena ar otru. Šajā tēmā pētītais berzes spēks ir saistīts ar berzes spēku, kas darbojas starp divām cietām ķermeņa virsmām, kas saskaras. Piemēram, berze starp sijas pamatni un grīdas virsmu, berze starp apavu pamatni un grīdas virsmu, berze starp automašīnas riteņiem un ceļa virsmu.
Berzes spēks vienmēr darbojas uz cietu objektu virsmām, kas saskaras viens ar otru, pat ja objekti ir ļoti gludi. Pat gludas virsmas mikroskopiskā mērogā patiesībā ir ļoti raupjas. Kad objekts kustas, šīs mikroskopiskās izciļņi traucē kustību. Atomu līmenī izvirzījums uz virsmas liek atomiem atrasties ļoti tuvu citām virsmām, lai elektriskie spēki starp atomiem varētu veidot ķīmiskās saites, veidojot savienojumu starp divām kustīga objekta virsmām. Kad objekts kustas, piemēram, kad jūs spiežat grāmatu uz galda virsmas, grāmatas kustība saskaras ar šķēršļiem un visbeidzot apstājas. Tas ir saistīts ar saites veidošanos un atbrīvošanos.
Ja objekta virsma berzējas pret cita objekta virsmu, katrs no šiem objektiem darbojas, pateicoties berzei savā starpā. Berzes spēks uz kustīgo objektu vienmēr ir pretējā virzienā objekta kustības virzienam. Papildus objektu kustības kavēšanai berze var izraisīt nodilumu un bojājumus. To var novērot uz transportlīdzekļa dzinēja. Piemēram, kad mēs nodrošinām smēreļļu motocikla dzinējam, mēs faktiski vēlamies samazināt berzes spēku, kas rodas dzinēja iekšpusē. Ja tam netiek nodrošināta smēreļļa, mūsu transportlīdzekļa dzinējs ātri bojājas. Šis piemērs ir viens no zaudējumiem, ko rada berze.
2. Veidi berzes spēki
Pastāv divu veidu berzes spēki, proti, statiskās berzes spēks (fs) un kinētiskās berzes spēku (fk). Statiskais berzes spēks darbojas, kad objekts nav kustīgs, savukārt kinētiskais berzes spēks darbojas, kad objekts kustas. Ja jūs stumjat galdu, bet galds nav kustējies, tad berzes spēks, kas iedarbojas uz miera stāvoklī esošu galdu, ir statiskais berzes spēks. Un otrādi, kad galds kustas, berzes spēks, kas iedarbojas uz galdu, ir kinētiskā berze. Ja kustīgais galds netiek vienmēr stumts, tas pēc kāda brīža apstāsies. Galds apstājas kinētiskās berzes spēka dēļ, kas bloķē galda kustību.
Vai esat kādreiz paslīdējuši, uzkāpjot uz kaut kā gluda? Paslīdot, berzes spēks, kas darbojas starp apavu pamatni vai sandalu zoli ar gludu virsmu, ir kinētiskā berze. Šī problēma ir līdzīga tai, kad motocikls vai automašīna pārvietojas pa slapju un gludu ceļa virsmu, bremzējot, līdz ritenis slīd. Kad riteņi slīd, berzes spēks, kas iedarbojas uz riteņa virsmu un ceļa virsmu, ir kinētiskā berzes spēks. Un otrādi, ejot, berzes spēks, kas darbojas starp apavu pamatni vai sandalu zoli un grīdas virsmu, ir statiskā berzes spēks. Tāpat, kad riteņi neslīd, berzes spēks, kas iedarbojas uz riteņa virsmu un ceļa virsmu, ir statiskā berze.
2.1 Statiskā berzes spēks
Statiskais berzes spēks ir berzes spēks, kas iedarbojas uz objektu virsmu, kuri saskaras viens ar otru, kad objekti vēl nav kustējušies.
1. attēlā redzams objekts, kas joprojām atrodas uz līdzenas plaknes virsmas. Ja objekts vēl nav kustējies, tad statiskā berzes spēks (fs) ir mazāks par vilkšanas spēku (F). Ja to turpina vilkt, tad objekts kustēsies. Kad kustēsies labais objekts, statiskās berzes spēka lielums (fs)s) ir vienāds ar vilkšanas spēka lielumu (F).
Ņūtona pirmais likums nosaka, ka objekti atrodas miera stāvoklī, ja kopējais spēks (rezultējošais spēks) ir nulle.
ΣFy = 0 (Objekts nekustas vertikālā virzienā)
N – w = 0
N = w (1.2)
Aizstāt N 1.1. vienādojumā ar N 1.2. vienādojumā
fs = μs w
fs = μs mg (1.3)
fs = statiskā berze (N), μs = statiskās berzes koeficients, N = normālais spēks (N), w = brīvais krišanas spēks (N), m = masa (kg), g = brīvā krišanas paātrinājums (m/s2)
Ja vēlaties noteikt statiskās berzes koeficientu, izmantojiet 1.1. b vienādojumu.
Σfx = 0 (Objekts stāv uz vietas un nekustas horizontālā virzienā)
F – fs = 0
F = fs (1.4)
Kad objekts sāk kustēties, maksimālais statiskais berzes spēks ir vienāds ar grūdiena vai vilkšanas spēka lielumu.
2.2 Kinētiskais berzes spēks
Kinētiskais berzes spēks ir berzes spēks, kas iedarbojas uz objektu virsmu, kas pieskaras viens otram, kad objekts kustas.
Ja vēlaties noteikt kinētiskās berzes koeficientu (μk), izmantojiet 1.5. b vienādojumu
2. attēlā redzams objekts, ko regulāri velk, lai objekts pārvietotos ar nemainīgu ātrumu. Pārvietojoties ar nemainīgu ātrumu, kinētiskā berzes spēka lielums (fk) ir vienāds ar vilkšanas spēka lielumu (F).
Ņūtona pirmais likums nosaka, ka objekts pārvietojas ar nemainīgu ātrumu, ja kopējais spēks (rezultējošais spēks) ir nulle.
ΣFx = 0 (objekti pārvietojas ar nemainīgu ātrumu horizontālā virzienā)
F – fk = 0
F = fk (1.6)
1. parauga uzdevums:
Students, izmantojot dinamometru (spēka mērīšanas ierīci), velk uz galda virsmas novietotu siju ar masu 1 kg. Kad sija kustas, dinamometrs rāda skaitli 2 N. Ja brīvās krišanas paātrinājums = 10 m/s2, nosakiet (a) statiskās berzes spēka lielumu (b) statiskās berzes koeficientu
Risinājums:
Zināms: m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s2, w = mg = 10 N
(a) fs
Kad sija kustēsies, statiskās berzes spēka lielums = vilkšanas spēka lielums (salīdziniet 1.4. vienādojumu). Tātad, fs = F = 2 N.
(b) μs
fs = μs w
2 N = (μs)(10 Z)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
2. parauga uzdevums:
Virs galda virsmas esošu siju ar masu 1 kg velk vienmērīgi, lai tā kustētos ar nemainīgu ātrumu. Kad sija kustas ar nemainīgu ātrumu, dinamometrs rāda skaitli 1 N. Ja brīvās krišanas paātrinājums = 10 m/s2, nosakiet (a) kinētiskās berzes spēka lielumu (b) kinētiskās berzes koeficientu
Risinājums:
Zināms: m = 1 kg, g = 10 m/s2, F = 1 N, w = mg = 10 N
(a) fk
Kad sija pārvietojas vienmērīgi vai pārvietojas ar nemainīgu ātrumu, kinētiskās berzes spēka lielums = vilkšanas spēka lielums (salīdziniet 1.6. vienādojumu).
Tātad fk = F = 1 N
(b) μk
fk = μk w
1 N = (μk)(10 Z)
μk = 1 N / 10 N = 0.1
