1. Përkufizimi i forcës së fërkimit
Fërkimi është një rezistencë që vepron midis sipërfaqeve të objekteve që prekin njëra-tjetrën. Në këtë temë, forca e fërkimit e studiuar lidhet me forcën e fërkimit që vepron midis dy sipërfaqeve të trupit të ngurtë që prekin njëra-tjetrën. Të tilla si fërkimi midis bazës së trarit dhe sipërfaqes së dyshemesë, fërkimi midis bazës së këpucës dhe sipërfaqes së dyshemesë, fërkimi midis rrotave të makinës dhe sipërfaqes së rrugës.
Forca e fërkimit vepron gjithmonë në sipërfaqen e objekteve të ngurta që prekin njëra-tjetrën, edhe pse objektet janë shumë të lëmuara. Edhe sipërfaqet e lëmuara janë në të vërtetë shumë të ashpra në një shkallë mikroskopike. Kur një objekt lëviz, këto kreshta mikroskopike ndërhyjnë në lëvizje. Në nivelin atomik, një zgjatim në sipërfaqe bën që atomet të jenë shumë afër sipërfaqeve të tjera, në mënyrë që forcat elektrike midis atomeve të mund të formojnë lidhje kimike, si një bashkim midis dy sipërfaqeve të një objekti në lëvizje. Kur një objekt lëviz, për shembull kur shtyni një libër në sipërfaqen e tavolinës, lëvizja e librit has pengesa dhe më në fund ndalet. Kjo për shkak të formimit dhe çlirimit të lidhjes.
Nëse sipërfaqja e një objekti fërkohet me sipërfaqen e një objekti tjetër, secili prej këtyre objekteve vepron mbi fërkimin midis tyre. Forca e fërkimit në objektin në lëvizje është gjithmonë në drejtim të kundërt me drejtimin e lëvizjes së objektit. Përveç pengimit të lëvizjes së objekteve, fërkimi mund të shkaktojë konsumim dhe dëmtim. Mund ta vërejmë këtë në motorin e një automjeti. Për shembull, kur furnizojmë me vaj lubrifikues motorin e një motoçiklete, në fakt duam të zvogëlojmë forcën e fërkimit që ndodh brenda motorit. Nëse nuk i jepet vaj lubrifikues, motori i automjetit tonë dëmtohet shpejt. Ky shembull është një nga humbjet e shkaktuara nga fërkimi.
2. Llojet e forcat e fërkimit
Ekzistojnë dy lloje forcash fërkimi, përkatësisht forca e fërkimit statik (fs ) dhe forca e fërkimit kinetik (fk ) . Forca e fërkimit statik vepron kur objekti nuk është lëvizur, ndërsa forca kinetike e fërkimit vepron kur objekti është në lëvizje. Nëse shtyni një tavolinë, por ajo nuk është lëvizur, atëherë forca e fërkimit që vepron mbi tavolinën që është në qetësi është një forcë fërkimi statik. Anasjelltas, kur tavolina është në lëvizje, forca e fërkimit që vepron mbi tavolinën është fërkim kinetik. Nëse tavolina në lëvizje nuk shtyhet gjithmonë, tavolina do të ndalet pasi të lëvizë për një kohë. Tavolina ndalet për shkak të forcës kinetike të fërkimit që bllokon lëvizjen e tavolinës.
A keni rrëshqitur ndonjëherë kur shkelni mbi diçka të lëmuar? Kur rrëshqet, forca e fërkimit që vepron midis bazës së këpucës ose pjesës së poshtme të një sandale me një sipërfaqe të lëmuar është fërkimi kinetik. Ky problem është i ngjashëm me atë kur një motoçikletë ose makinë lëviz mbi një sipërfaqe rruge të lagësht dhe të lëmuar, duke frenuar derisa rrota të rrëshqasë. Kur rrotat rrëshqasin, forca e fërkimit që vepron në sipërfaqen e rrotës dhe sipërfaqen e rrugës është forca e fërkimit kinetik. Anasjelltas, kur ecni, forca e fërkimit që vepron midis bazës së këpucës ose pjesës së poshtme të sandaleve me sipërfaqen e dyshemesë është një forcë fërkimi statik. Po kështu, kur rrotat nuk rrëshqasin, forca e fërkimit që vepron në sipërfaqen e rrotës dhe rrugës është fërkimi statik.
2.1 Forca statike e fërkimit
Forca statike e fërkimit është forca e fërkimit që vepron në sipërfaqen e objekteve që prekin njëri-tjetrin kur objektet nuk janë lëvizur ende.
Figura 1 tregon një objekt që është ende në sipërfaqen e një plani të sheshtë. Nëse objekti nuk është lëvizur ende, atëherë forca statike e fërkimit (fs) është më e vogël se forca tërheqëse (F). Nëse vazhdon të tërhiqet, atëherë objekti do të lëvizë. Kur objekti i duhur do të lëvizë, madhësia e forcës statike të fërkimit (fs) është e barabartë me madhësinë e forcës tërheqëse (F).
Ligji i Parë i Njutonit thotë se objektet janë në qetësi nëse forca totale (forca rezultante) është zero.
ΣF y = 0 (Objekti është në pushim dhe nuk lëviz në drejtim vertikal)
N – w = 0
N = w (1.2)
Zëvendësoni N në ekuacionin 1.1 me N në ekuacionin 1.2
f s = μ s w
f s = μ s mg (1.3)
fs = fërkimi statik (N), μs = koeficienti i fërkimit statik, N = forca normale (N), w = graviteti (N), m = masa (kg), g = nxitimi i gravitetit (m/ s² )
Nëse doni të përcaktoni koeficientin e fërkimit statik, atëherë përdorni ekuacionin 1.1 b
Σf x = 0 (Objekti qëndron në qetësi dhe nuk lëviz në drejtimin horizontal)
F – fs = 0
F = f s (1.4)
Kur objekti fillon të lëvizë, forca maksimale e fërkimit statik është e barabartë me madhësinë e forcës shtytëse ose tërheqëse.
2.2 Forca kinetike e fërkimit
Forca kinetike e fërkimit është forca e fërkimit që vepron në sipërfaqen e objekteve që prekin njëri-tjetrin kur një objekt është në lëvizje.
Nëse doni të përcaktoni koeficientin e fërkimit kinetik (μ k ), përdorni ekuacionin 1.5 b
Figura 2 tregon një objekt që tërhiqet rregullisht në mënyrë që objekti të lëvizë me një shpejtësi konstante. Kur lëviz me një shpejtësi konstante, madhësia e forcës kinetike të fërkimit (fk) është e barabartë me madhësinë e forcës tërheqëse (F).
Ligji i Parë i Njutonit thotë se një objekt lëviz me një shpejtësi konstante nëse forca totale (forca rezultante) është zero.
ΣF x = 0 (objektet lëvizin me një shpejtësi konstante në drejtimin horizontal)
F – fk = 0
F = fk ( 1.6)
Problemi shembull 1:
Një student tërheq një tra me masë 1 kg i cili ndodhet në sipërfaqen e tavolinës duke përdorur një dinamometër (një pajisje matëse force). Kur trau lëviz, dinamometri tregon numrin 2 N. Nëse nxitimi i gravitetit = 10 m/s 2 , përcaktoni (a) madhësinë e forcës së fërkimit statik (b) koeficientin e fërkimit statik
Zgjidhja:
Të njohura : m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s² , w = mg = 10 N
(a) f s
Kur trau lëviz, madhësia e forcës statike të fërkimit = madhësia e forcës tërheqëse (krahaso ekuacionin 1.4). Pra, f s = F = 2 N.
(b) μ s
f s = μ s w
2 N = (μ s )(10 N)
μ s = 2 N / 10 N = 0.2
Problemi shembull 2:
Një tra me masë 1 kg i vendosur mbi sipërfaqen e tavolinës tërhiqet rregullisht në mënyrë që trau të lëvizë me një shpejtësi konstante. Kur trau lëviz me një shpejtësi konstante, dinamometri tregon numrin 1 N. Nëse nxitimi i gravitetit = 10 m/s 2 , përcaktoni (a) madhësinë e forcës kinetike të fërkimit (b) koeficientin e fërkimit kinetik
Zgjidhja:
Të njohura: m = 1 kg, g = 10 m/s² , F = 1 N, w = mg = 10 N
(a) f k
Kur trau lëviz rregullisht ose lëviz me një shpejtësi konstante, madhësia e forcës kinetike të fërkimit = madhësia e forcës tërheqëse (krahaso ekuacionin 1.6).
Pra, fk = F = 1 N
(b) μ k
f k = μ k w
1 N = (μk ) (10 N)
μ k = 1 N / 10 N = 0.1
