१. घर्षण बलाची व्याख्या
घर्षण म्हणजे एकमेकांना स्पर्श करणाऱ्या वस्तूंच्या पृष्ठभागांमध्ये कार्यरत असणारा एक ओढा आहे. या विषयात, अभ्यासले जाणारे घर्षण बल हे एकमेकांना स्पर्श करणाऱ्या दोन घन वस्तूंच्या पृष्ठभागांमध्ये कार्यरत असलेल्या घर्षण बलाशी संबंधित आहे. जसे की, तुळईच्या तळाचा भाग आणि जमिनीचा पृष्ठभाग यांमधील घर्षण, बुटाच्या तळाचा भाग आणि जमिनीचा पृष्ठभाग यांमधील घर्षण, गाडीच्या चाकांचा भाग आणि रस्त्याचा पृष्ठभाग यांमधील घर्षण.
एकमेकांना स्पर्श करणाऱ्या घन वस्तूंच्या पृष्ठभागावर घर्षण बल नेहमीच कार्यरत असते, जरी त्या वस्तू खूप गुळगुळीत असल्या तरी. सूक्ष्म स्तरावर, गुळगुळीत पृष्ठभागसुद्धा प्रत्यक्षात खूप खडबडीत असतात. जेव्हा एखादी वस्तू हलते, तेव्हा हे सूक्ष्म उंचवटे तिच्या गतीमध्ये अडथळा आणतात. अणू पातळीवर, पृष्ठभागावरील उंचवट्यामुळे अणू इतर पृष्ठभागांच्या खूप जवळ येतात, ज्यामुळे अणूंमधील विद्युत बल रासायनिक बंध तयार करू शकते, जे गतिमान वस्तूच्या दोन पृष्ठभागांना जोडते. जेव्हा एखादी वस्तू हलते, उदाहरणार्थ जेव्हा तुम्ही टेबलाच्या पृष्ठभागावर पुस्तक ढकलतात, तेव्हा पुस्तकाच्या हालचालीत अडथळे येतात आणि शेवटी ते थांबते. हे बंधांच्या निर्मिती आणि विघटनामुळे होते.
जेव्हा एखाद्या वस्तूचा पृष्ठभाग दुसऱ्या वस्तूच्या पृष्ठभागावर घासतो, तेव्हा या दोन्ही वस्तूंमध्ये घर्षण निर्माण होते. गतिमान वस्तूवरील घर्षण बल हे नेहमी त्या वस्तूच्या गतीच्या दिशेच्या विरुद्ध दिशेने असते. वस्तूंच्या गतीला अडथळा आणण्याव्यतिरिक्त, घर्षणामुळे झीज आणि नुकसान होऊ शकते. हे आपण वाहनाच्या इंजिनवर पाहू शकतो. उदाहरणार्थ, जेव्हा आपण मोटरसायकलच्या इंजिनला वंगण तेल देतो, तेव्हा आपला उद्देश इंजिनच्या आत निर्माण होणारे घर्षण बल कमी करणे हा असतो. जर वंगण तेल दिले नाही, तर आपल्या वाहनाचे इंजिन लवकर खराब होते. हे उदाहरण घर्षणामुळे होणाऱ्या नुकसानांपैकी एक आहे.
2. प्रकार घर्षण शक्ती
घर्षण बलाचे दोन प्रकार आहेत, म्हणजे स्थिर घर्षण बल (fs ) आणि गतिज घर्षण बल (fk ) . स्थिर घर्षण बल तेव्हा कार्य करते जेव्हा वस्तू स्थिर असते, तर गतिज घर्षण बल तेव्हा कार्य करते जेव्हा वस्तू गतिमान असते. जर तुम्ही टेबलाला ढकलले, पण टेबल स्थिर असेल, तर स्थिर असलेल्या टेबलावर कार्य करणारे घर्षण बल हे स्थिर घर्षण बल असते. याउलट, जेव्हा टेबल गतिमान असते, तेव्हा टेबलावर कार्य करणारे घर्षण बल हे गतिज घर्षण असते. जर गतिमान टेबलाला सतत ढकलले नाही, तर काही वेळ गतिमान राहिल्यानंतर टेबल थांबेल. टेबलाची हालचाल रोखणाऱ्या गतिज घर्षण बलामुळे टेबल थांबते.
गुळगुळीत पृष्ठभागावर पाय ठेवताना कधी घसरला आहात का? जेव्हा तुम्ही घसरता, तेव्हा बुटाचा तळवा किंवा सँडलचा तळवा आणि गुळगुळीत पृष्ठभाग यांच्यामध्ये कार्य करणारे घर्षण बल हे गतिज घर्षण असते. ही समस्या मोटारसायकल किंवा कारच्या ओल्या आणि गुळगुळीत रस्त्यावरून जाताना, चाक घसरेपर्यंत ब्रेक लावण्याच्या क्रियेसारखीच आहे. जेव्हा चाके घसरतात, तेव्हा चाकाच्या पृष्ठभागावर आणि रस्त्याच्या पृष्ठभागावर कार्य करणारे घर्षण बल हे गतिज घर्षण बल असते. याउलट, जेव्हा तुम्ही चालता, तेव्हा बुटाचा तळवा किंवा सँडलचा तळवा आणि जमिनीचा पृष्ठभाग यांच्यामध्ये कार्य करणारे घर्षण बल हे स्थिर घर्षण बल असते. त्याचप्रमाणे, जेव्हा चाके घसरत नाहीत, तेव्हा चाकाच्या पृष्ठभागावर आणि रस्त्यावर कार्य करणारे घर्षण बल हे स्थिर घर्षण असते.
२.१ स्थिर घर्षण बल
स्थिर घर्षण बल म्हणजे एकमेकांना स्पर्श करणाऱ्या वस्तूंच्या पृष्ठभागावर, त्या वस्तू अद्याप हललेल्या नसताना कार्य करणारे घर्षण बल होय.
आकृती १ मध्ये एक वस्तू दाखवली आहे जी सपाट पृष्ठभागावर स्थिर आहे. जर वस्तू अद्याप हलली नसेल, तर स्थिर घर्षण बल (fs) हे खेचण्याच्या बलापेक्षा (F) लहान असते. जर तिला खेचणे सुरू ठेवले, तर वस्तू हलेल. जेव्हा योग्य वस्तू हलेल, तेव्हा स्थिर घर्षण बलाचे (f) परिमाण किती असेल?s) हे खेचणाऱ्या बलाचे परिमाण (F) च्या समान असते.
न्यूटनच्या पहिल्या नियमानुसार, जर एकूण बल (परिणामी बल) शून्य असेल तर वस्तू स्थिर असतात.
ΣF y = 0 (वस्तू स्थिर आहे आणि उभ्या दिशेने हलत नाही)
N – w = 0
N = w (1.2)
समीकरण १.१ मधील N च्या जागी समीकरण १.२ मधील N ठेवा
f s = μ s w
f s = μ s mg (1.3)
fs = स्थिर घर्षण (N), μs = स्थिर घर्षण गुणांक, N = अभिलंब बल (N), w = गुरुत्वीय बल (N), m = वस्तुमान (kg), g = गुरुत्वीय त्वरण (m/ s² )
जर तुम्हाला स्थिर घर्षण गुणांक निश्चित करायचा असेल, तर समीकरण १.१ ब वापरा.
Σf x = 0 (वस्तू स्थिर राहते आणि आडव्या दिशेने हलत नाही)
F – f s = 0
F = f s (1.4)
जेव्हा वस्तू हलू लागते, तेव्हा कमाल स्थिर घर्षण बल हे ढकल किंवा खेच बलाच्या परिमाणाएवढे असते.
२.२ गतिज घर्षण बल
जेव्हा एखादी वस्तू गतिमान असते, तेव्हा एकमेकांना स्पर्श करणाऱ्या वस्तूंच्या पृष्ठभागावर कार्य करणाऱ्या घर्षण बलाला गतिज घर्षण बल म्हणतात.
जर तुम्हाला गतिज घर्षण गुणांक (μ k ) निश्चित करायचा असेल, तर समीकरण १.५ ब वापरा.
आकृती २ मध्ये एक वस्तू नियमितपणे ओढली जात असल्याचे दाखवले आहे, ज्यामुळे ती वस्तू स्थिर गतीने गतिमान होते. स्थिर गतीने गतिमान असताना, गतिज घर्षण बलाचे (fk) परिमाण हे ओढ बलाच्या (F) परिमाणाएवढे असते.
न्यूटनच्या पहिल्या नियमानुसार, जर एकूण बल (परिणामी बल) शून्य असेल, तर वस्तू स्थिर गतीने गतिमान होते.
ΣF x = 0 (वस्तू क्षैतिज दिशेने स्थिर गतीने जातात)
F – f k = 0
F = f k (1.6)
नमुना समस्या १:
एक विद्यार्थी टेबलाच्या पृष्ठभागावर ठेवलेला १ किलो वस्तुमानाचा एक बीम डायनॅमोमीटर (बल मोजण्याचे उपकरण) वापरून ओढतो. जेव्हा बीम हलतो, तेव्हा डायनॅमोमीटर २ N ही संख्या दाखवतो. जर गुरुत्वाकर्षणाची त्वरण = १० m/s² असेल , तर (अ) स्थिर घर्षण बलाचे परिमाण (ब) स्थिर घर्षण गुणांक निश्चित करा.
उपाय:
ज्ञात : m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s² , w = mg = 10 N
(अ) एफ एस
जेव्हा बीम हलेल, तेव्हा स्थिर घर्षण बलाचे परिमाण = खेचण्याच्या बलाचे परिमाण असेल (समीकरण 1.4 शी तुलना करा). म्हणून, f s = F = 2 N.
(ब) μs
f s = μ s w
2 N = (μ s )(10 N)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
नमुना समस्या १:
टेबलाच्या पृष्ठभागापासून वर ठेवलेल्या 1 kg वस्तुमानाच्या एका बीमला नियमितपणे ओढले जाते, ज्यामुळे बीम स्थिर गतीने सरकतो. जेव्हा बीम स्थिर गतीने सरकतो, तेव्हा डायनॅमोमीटर 1 N ही संख्या दाखवतो. जर गुरुत्वाकर्षणाची त्वरण = 10 m/s² असेल , तर (a) गतिज घर्षण बलाचे परिमाण (b) गतिज घर्षण गुणांक निश्चित करा.
उपाय:
ज्ञात: m = 1 kg, g = 10 m/s² , F = 1 N, w = mg = 10 N
(अ) एफ के
जेव्हा बीम नियमितपणे किंवा स्थिर गतीने फिरतो तेव्हा गतिज घर्षण बलाचे परिमाण = खेचण्याच्या बलाचे परिमाण असते (समीकरण 1.6 शी तुलना करा).
म्हणून f k = F = 1 N
(ब) μ k
f k = μ k w
1 N = (μ k )(10 N)
μ k = 1 N / 10 N = 0.1
