ഘർഷണബലം

1. ഘർഷണബലത്തിന്റെ നിർവചനം

പരസ്പരം സ്പർശിക്കുന്ന വസ്തുക്കളുടെ പ്രതലങ്ങൾക്കിടയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു വലിച്ചിടലാണ് ഘർഷണം. ഈ വിഷയത്തിൽ, പഠിച്ച ഘർഷണബലം സ്പർശിക്കുന്ന രണ്ട് ഖര ശരീര പ്രതലങ്ങൾക്കിടയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഘർഷണബലവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ബീമിന്റെ അടിഭാഗവും തറ പ്രതലവും തമ്മിലുള്ള ഘർഷണം, ഷൂ ബേസും തറ പ്രതലവും തമ്മിലുള്ള ഘർഷണം, കാറിന്റെ ചക്രങ്ങളും റോഡ് പ്രതലവും തമ്മിലുള്ള ഘർഷണം എന്നിവ.

പരസ്പരം സ്പർശിക്കുന്ന ഖര വസ്തുക്കളുടെ ഉപരിതലത്തിലാണ് ഘർഷണബലം എപ്പോഴും പ്രവർത്തിക്കുന്നത്, വസ്തുക്കൾ വളരെ മിനുസമാർന്നതാണെങ്കിലും. മിനുസമാർന്ന പ്രതലങ്ങൾ പോലും സൂക്ഷ്മതലത്തിൽ വളരെ പരുക്കനാണ്. ഒരു വസ്തു ചലിക്കുമ്പോൾ, ഈ സൂക്ഷ്മ വരമ്പുകൾ ചലനത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നു. ആറ്റോമിക് തലത്തിൽ, ഉപരിതലത്തിലെ ഒരു നീണ്ടുനിൽക്കൽ ആറ്റങ്ങളെ മറ്റ് പ്രതലങ്ങളുമായി വളരെ അടുത്താക്കുന്നു, അങ്ങനെ ആറ്റങ്ങൾക്കിടയിലുള്ള വൈദ്യുതബലങ്ങൾക്ക് രാസബന്ധങ്ങൾ രൂപപ്പെടുത്താൻ കഴിയും, ഒരു ചലിക്കുന്ന വസ്തുവിന്റെ രണ്ട് പ്രതലങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ഒരു യൂണിയൻ പോലെ. ഒരു വസ്തു ചലിക്കുമ്പോൾ, ഉദാഹരണത്തിന് നിങ്ങൾ ഒരു പുസ്തകം മേശയുടെ പ്രതലത്തിൽ തള്ളുമ്പോൾ, പുസ്തകത്തിന്റെ ചലനം തടസ്സങ്ങൾ നേരിടുകയും ഒടുവിൽ നിലയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇത് ബോണ്ടിന്റെ രൂപീകരണവും പ്രകാശനവുമാണ്.

ഒരു വസ്തുവിന്റെ ഉപരിതലം മറ്റൊരു വസ്തുവിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ ഉരസുകയാണെങ്കിൽ, ഈ വസ്തുക്കൾ ഓരോന്നും പരസ്പരം തമ്മിലുള്ള ഘർഷണത്തിലൂടെയാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. ചലിക്കുന്ന വസ്തുവിലെ ഘർഷണബലം എല്ലായ്പ്പോഴും വസ്തുവിന്റെ ചലന ദിശയ്ക്ക് വിപരീത ദിശയിലായിരിക്കും. വസ്തുക്കളുടെ ചലനത്തെ തടയുന്നതിനു പുറമേ, ഘർഷണം തേയ്മാനത്തിനും കേടുപാടുകൾക്കും കാരണമാകും. വാഹന എഞ്ചിനിലും നമുക്ക് ഇത് നിരീക്ഷിക്കാൻ കഴിയും. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു മോട്ടോർ സൈക്കിൾ എഞ്ചിനിൽ ലൂബ്രിക്കേറ്റിംഗ് ഓയിൽ നൽകുമ്പോൾ, എഞ്ചിനുള്ളിൽ സംഭവിക്കുന്ന ഘർഷണബലം കുറയ്ക്കാൻ നമ്മൾ ആഗ്രഹിക്കുന്നു. ലൂബ്രിക്കേറ്റിംഗ് ഓയിൽ നൽകിയില്ലെങ്കിൽ, നമ്മുടെ വാഹന എഞ്ചിൻ വേഗത്തിൽ കേടാകും. ഘർഷണം മൂലമുണ്ടാകുന്ന നഷ്ടങ്ങളിൽ ഒന്നാണ് ഈ ഉദാഹരണം.

2. തരങ്ങൾ ഘർഷണ ശക്തികൾ

രണ്ട് തരത്തിലുള്ള ഘർഷണ ബലങ്ങളുണ്ട്, അതായത് സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണ ബലം (f _s ) ഉം ഗതികോർജ്ജ ബലം (f _k ). വസ്തു നീങ്ങാത്തപ്പോൾ സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണ ബലം പ്രവർത്തിക്കുന്നു, അതേസമയം വസ്തു നീങ്ങുമ്പോൾ ഗതികോർജ്ജ ബലം പ്രവർത്തിക്കുന്നു. നിങ്ങൾ ഒരു മേശ തള്ളുകയും മേശ നീങ്ങിയിട്ടില്ലെങ്കിൽ, നിശ്ചലമായ മേശയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഘർഷണ ബലം ഒരു സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണ ബലമാണ്. നേരെമറിച്ച്, മേശ നീങ്ങുമ്പോൾ, മേശയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഘർഷണ ബലം ഗതികോർജ്ജമാണ്. ചലിക്കുന്ന മേശ എല്ലായ്പ്പോഴും തള്ളപ്പെടുന്നില്ലെങ്കിൽ, കുറച്ചുനേരം നീങ്ങിയ ശേഷം മേശ നിർത്തും. മേശയുടെ ചലനത്തെ തടയുന്ന ഗതികോർജ്ജ ബലം കാരണം മേശ നിർത്തുന്നു.

മിനുസമാർന്ന എന്തിലെങ്കിലും ചവിട്ടുമ്പോൾ എപ്പോഴെങ്കിലും വഴുതി വീണിട്ടുണ്ടോ? നിങ്ങൾ വഴുതി വീഴുമ്പോൾ, ഷൂവിന്റെ അടിയിലോ മിനുസമാർന്ന പ്രതലമുള്ള ഒരു ചെരുപ്പിന്റെ അടിയിലോ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഘർഷണബലം കൈനറ്റിക് ഘർഷണമാണ്. ഒരു മോട്ടോർ സൈക്കിളോ കാറോ നനഞ്ഞതും മിനുസമാർന്നതുമായ റോഡ് പ്രതലത്തിൽ നീങ്ങുമ്പോൾ, ചക്രം വഴുതി വീഴുന്നതുവരെ ബ്രേക്ക് ചെയ്യുന്നതിനു സമാനമാണ് ഈ പ്രശ്നം. ചക്രങ്ങൾ വഴുതി വീഴുമ്പോൾ, ചക്രത്തിന്റെ പ്രതലത്തിലും റോഡ് പ്രതലത്തിലും പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഘർഷണബലം കൈനറ്റിക് ഘർഷണബലമാണ്. നേരെമറിച്ച്, നിങ്ങൾ നടക്കുമ്പോൾ, ഷൂവിന്റെ അടിയിലോ ചെരുപ്പിന്റെ അടിയിലോ തറ പ്രതലവുമായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഘർഷണബലം ഒരു സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണബലമാണ്. അതുപോലെ, ചക്രങ്ങൾ വഴുതി വീഴാത്തപ്പോൾ, ചക്രത്തിന്റെയും റോഡിന്റെയും പ്രതലത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഘർഷണബലം സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണബലമാണ്.

2.1 സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണ ബലം

വസ്തുക്കൾ നീങ്ങിയിട്ടില്ലാത്തപ്പോൾ പരസ്പരം സ്പർശിക്കുന്ന വസ്തുക്കളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഘർഷണബലമാണ് സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണബലം.

ചിത്രം 1 ഒരു പരന്ന തലത്തിന്റെ പ്രതലത്തിൽ തന്നെ തുടരുന്ന ഒരു വസ്തുവിനെ കാണിക്കുന്നു. ആ വസ്തു ഇതുവരെ നീങ്ങിയിട്ടില്ലെങ്കിൽ, സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണബലം (fs) വലിവ് ബലത്തേക്കാൾ (F) ചെറുതായിരിക്കും. അത് വലിച്ചുകൊണ്ടേയിരിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വസ്തു ചലിക്കും. വലത് വസ്തു ചലിക്കുമ്പോൾ, സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണബലത്തിന്റെ വ്യാപ്തി (f_s) വലിക്കുന്ന ശക്തിയുടെ (F) വ്യാപ്തിക്ക് തുല്യമാണ്.

ആകെ ബലം (ഫലബലം) പൂജ്യമാണെങ്കിൽ വസ്തുക്കൾ നിശ്ചലമാണെന്ന് ന്യൂട്ടന്റെ ഒന്നാം നിയമം പറയുന്നു.

ΣF _y = 0 (വസ്തു നിശ്ചലമാണ്, ലംബ ദിശയിൽ ചലിക്കരുത്)

N – w = 0

N = w (1.2)

സമവാക്യം 1.1 ലെ N നെ സമവാക്യം 1.2 ലെ N ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുക.

f _s = μ _s w

f _s = μ _s mg (1.3)

fs = സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണം (N), μs = സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണത്തിന്റെ ഗുണകം, N = സാധാരണ ബലം (N), w = ഗുരുത്വാകർഷണം (N), m = പിണ്ഡം (kg), g = ഗുരുത്വാകർഷണ ത്വരണം (m/s ² )

സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണത്തിന്റെ ഗുണകം നിർണ്ണയിക്കണമെങ്കിൽ, സമവാക്യം 1.1 b ഉപയോഗിക്കുക.

Σf _x = 0 (വസ്തു തിരശ്ചീന ദിശയിൽ ചലിക്കാതെ നിശ്ചലമായി നിൽക്കുന്നു)

എഫ് – എഫ് _എസ് = 0

എഫ് = എഫ് _എസ് (1.4)

ഒരു വസ്തു ചലിക്കാൻ തുടങ്ങുമ്പോൾ, പരമാവധി സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണ ബലം, പുഷ് അല്ലെങ്കിൽ പുൾ ബലത്തിന്റെ വ്യാപ്തിക്ക് തുല്യമായിരിക്കും.

2.2 ഗതികോർജ്ജ ഘർഷണബലം

ഒരു വസ്തു ചലിക്കുമ്പോൾ പരസ്പരം സ്പർശിക്കുന്ന വസ്തുക്കളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഘർഷണബലമാണ് ഗതിക ഘർഷണബലം.

_{ഗതികോർജ്ജ ഘർഷണത്തിന്റെ ഗുണകം (μ k} ) നിർണ്ണയിക്കണമെങ്കിൽ , സമവാക്യം 1.5 b ഉപയോഗിക്കുക.

ചിത്രം 2-ൽ ഒരു വസ്തു സ്ഥിരമായി വലിക്കപ്പെടുന്നതായി കാണിക്കുന്നു, അങ്ങനെ ആ വസ്തു സ്ഥിരമായ വേഗതയിൽ നീങ്ങുന്നു. സ്ഥിരമായ വേഗതയിൽ നീങ്ങുമ്പോൾ, ഗതികോർജ്ജ ഘർഷണ ബലത്തിന്റെ (fk) വ്യാപ്തി, പുൾ ബലത്തിന്റെ (F) വ്യാപ്തിക്ക് തുല്യമാണ്.

മൊത്തം ബലം (ഫലബലം) പൂജ്യമാണെങ്കിൽ ഒരു വസ്തു സ്ഥിരമായ വേഗതയിൽ ചലിക്കുമെന്ന് ന്യൂട്ടന്റെ ഒന്നാം നിയമം പറയുന്നു.

ΣF _x = 0 (തിരശ്ചീന ദിശയിൽ വസ്തുക്കൾ സ്ഥിരമായ വേഗതയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നു)

എഫ് – എഫ് _കെ = 0

എഫ് = എഫ് _കെ (1.6)

സാമ്പിൾ പ്രശ്നം 1:

ഒരു വിദ്യാർത്ഥി ഒരു ഡൈനാമോമീറ്റർ (ബലം അളക്കുന്ന ഉപകരണം) ഉപയോഗിച്ച് മേശയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന 1 കിലോഗ്രാം പിണ്ഡമുള്ള ഒരു ബീം വലിക്കുന്നു. ബീം ചലിക്കുമ്പോൾ, ഡൈനാമോമീറ്റർ സംഖ്യ 2 N കാണിക്കുന്നു. ഗുരുത്വാകർഷണ ത്വരണം = 10 m/s ² ആണെങ്കിൽ , (a) സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണ ബലത്തിന്റെ വ്യാപ്തി നിർണ്ണയിക്കുക (b) സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണത്തിന്റെ ഗുണകം

പരിഹാരം:

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

(എ) _എഫ്

ബീം ചലിക്കുമ്പോൾ, സ്റ്റാറ്റിക് ഘർഷണ ബലത്തിന്റെ വ്യാപ്തി = പുൾ ഫോഴ്‌സിന്റെ വ്യാപ്തി (സമവാക്യം 1.4 താരതമ്യം ചെയ്യുക). അപ്പോൾ, f _s = F = 2 N.

(ബി) μ _സെ

f _s = μ _s w

2 N = (μs ₎ (10 N)

μ _സെ = 2 എൻ / 10 എൻ = 0.2

സാമ്പിൾ പ്രശ്നം 2:

മേശയുടെ ഉപരിതലത്തിന് മുകളിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന 1 കിലോഗ്രാം പിണ്ഡമുള്ള ഒരു ബീം പതിവായി വലിക്കുന്നതിനാൽ ബീം സ്ഥിരമായ വേഗതയിൽ നീങ്ങുന്നു. ബീം സ്ഥിരമായ വേഗതയിൽ നീങ്ങുമ്പോൾ, ഡൈനാമോമീറ്റർ 1 N എന്ന സംഖ്യ കാണിക്കുന്നു. ഗുരുത്വാകർഷണ ത്വരണം = 10 m/s ² ആണെങ്കിൽ , (a) ഗതികോർജ്ജ ഘർഷണ ബലത്തിന്റെ വ്യാപ്തി നിർണ്ണയിക്കുക (b) ഗതികോർജ്ജത്തിന്റെ ഗുണകം

പരിഹാരം:

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

(എ) എഫ് _കെ

ബീം പതിവായി ചലിക്കുമ്പോഴോ സ്ഥിരമായ വേഗതയിൽ ചലിക്കുമ്പോഴോ, ഗതികോർജ്ജ ഘർഷണ ബലത്തിന്റെ വ്യാപ്തി = പുൾ ഫോഴ്‌സിന്റെ വ്യാപ്തി (സമവാക്യം 1.6 താരതമ്യം ചെയ്യുക).

അപ്പോൾ f _k = F = 1 N

(ബി) μ _കെ

f _k = μ _k w

1 N = (μ _k )(10 N)

μ _k = 1 N / 10 N = 0.1