ఘర్షణ బలం

1. ఘర్షణ బలం యొక్క నిర్వచనం

ఘర్షణ అనేది ఒకదానికొకటి తాకే వస్తువుల ఉపరితలాల మధ్య పనిచేసే ఒక రకమైన నిరోధం. ఈ అంశంలో, మనం అధ్యయనం చేసే ఘర్షణ బలం అనేది, ఒకదానికొకటి తాకే రెండు ఘన వస్తువుల ఉపరితలాల మధ్య పనిచేసే ఘర్షణ బలానికి సంబంధించినది. ఉదాహరణకు: దూలం అడుగు భాగానికి మరియు నేల ఉపరితలానికి మధ్య ఉండే ఘర్షణ, బూటు అడుగు భాగానికి మరియు నేల ఉపరితలానికి మధ్య ఉండే ఘర్షణ, కారు చక్రాలకు మరియు రహదారి ఉపరితలానికి మధ్య ఉండే ఘర్షణ.

వస్తువులు చాలా నునుపుగా ఉన్నప్పటికీ, ఒకదానికొకటి తాకే ఘన వస్తువుల ఉపరితలాలపై ఘర్షణ బలం ఎల్లప్పుడూ పనిచేస్తుంది. నునుపైన ఉపరితలాలు కూడా వాస్తవానికి సూక్ష్మ స్థాయిలో చాలా గరుకుగా ఉంటాయి. ఒక వస్తువు కదిలినప్పుడు, ఈ సూక్ష్మ గట్లు దాని కదలికకు ఆటంకం కలిగిస్తాయి. పరమాణు స్థాయిలో, ఉపరితలంపై ఉన్న ఒక ఉబ్బెత్తు భాగం పరమాణువులను ఇతర ఉపరితలాలకు చాలా దగ్గరగా ఉండేలా చేస్తుంది, తద్వారా పరమాణువుల మధ్య ఉండే విద్యుత్ బలాలు, కదులుతున్న వస్తువు యొక్క రెండు ఉపరితలాల మధ్య కలయికగా రసాయన బంధాలను ఏర్పరుస్తాయి. ఒక వస్తువు కదిలినప్పుడు, ఉదాహరణకు మీరు బల్ల ఉపరితలంపై ఒక పుస్తకాన్ని నెట్టినప్పుడు, ఆ పుస్తకం యొక్క కదలిక అడ్డంకులను ఎదుర్కొని చివరకు ఆగిపోతుంది. ఇది బంధం ఏర్పడటం మరియు విడుదల కావడం వల్ల జరుగుతుంది.

ఒక వస్తువు యొక్క ఉపరితలం మరొక వస్తువు యొక్క ఉపరితలానికి రాపిడికి గురైనప్పుడు, ఆ వస్తువుల మధ్య ఘర్షణ ఏర్పడుతుంది. కదులుతున్న వస్తువుపై పనిచేసే ఘర్షణ బలం, ఆ వస్తువు కదిలే దిశకు ఎల్లప్పుడూ వ్యతిరేక దిశలో ఉంటుంది. వస్తువుల కదలికను నిరోధించడమే కాకుండా, ఘర్షణ అరుగుదల మరియు నష్టాన్ని కూడా కలిగిస్తుంది. దీనిని మనం వాహన ఇంజిన్‌లో గమనించవచ్చు. ఉదాహరణకు, మనం మోటార్‌సైకిల్ ఇంజిన్‌కు కందెన నూనెను అందించినప్పుడు, ఇంజిన్ లోపల ఏర్పడే ఘర్షణ బలాన్ని తగ్గించడమే మన అసలు ఉద్దేశం. కందెన నూనెను అందించకపోతే, మన వాహన ఇంజిన్ త్వరగా పాడైపోతుంది. ఘర్షణ వల్ల కలిగే నష్టాలకు ఇది ఒక ఉదాహరణ.

2. రకాలు ఘర్షణ బలాలు

ఘర్షణ బలాలు రెండు రకాలు, అవి స్థిర ఘర్షణ బలం (f _s ) మరియు గతిజ ఘర్షణ బలం (f _k ). వస్తువు కదలకుండా ఉన్నప్పుడు స్థిర ఘర్షణ బలం పనిచేస్తుంది, అయితే వస్తువు కదులుతున్నప్పుడు గతిజ ఘర్షణ బలం పనిచేస్తుంది. మీరు ఒక బల్లను నెట్టినప్పుడు, ఆ బల్ల కదలకపోతే, నిశ్చలంగా ఉన్న బల్లపై పనిచేసే ఘర్షణ బలం స్థిర ఘర్షణ బలం అవుతుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, బల్ల కదులుతున్నప్పుడు, దానిపై పనిచేసే ఘర్షణ బలం గతిజ ఘర్షణ అవుతుంది. కదులుతున్న బల్లను నిరంతరం నెట్టకపోతే, అది కొంతసేపు కదిలిన తర్వాత ఆగిపోతుంది. గతిజ ఘర్షణ బలం బల్ల కదలికను నిరోధించడం వల్ల బల్ల ఆగిపోతుంది.

నునుపైన దానిపై అడుగు పెట్టినప్పుడు ఎప్పుడైనా జారిపోయారా? మీరు జారినప్పుడు, బూటు అడుగు భాగానికి లేదా చెప్పు అడుగు భాగానికి, నునుపైన ఉపరితలానికి మధ్య పనిచేసే ఘర్షణ బలాన్ని గతిజ ఘర్షణ అంటారు. ఇది, తడి మరియు నునుపైన రోడ్డుపై మోటార్ సైకిల్ లేదా కారు కదులుతూ, చక్రం జారేంత వరకు బ్రేకులు వేసినప్పుడు ఎదురయ్యే సమస్యను పోలి ఉంటుంది. చక్రాలు జారినప్పుడు, చక్రం ఉపరితలానికి మరియు రోడ్డు ఉపరితలానికి మధ్య పనిచేసే ఘర్షణ బలాన్ని గతిజ ఘర్షణ బలం అంటారు. దీనికి విరుద్ధంగా, మీరు నడిచేటప్పుడు, బూటు అడుగు భాగానికి లేదా చెప్పుల అడుగు భాగానికి మరియు నేల ఉపరితలానికి మధ్య పనిచేసే ఘర్షణ బలాన్ని స్థిర ఘర్షణ బలం అంటారు. అదేవిధంగా, చక్రాలు జారనప్పుడు, చక్రం ఉపరితలానికి మరియు రోడ్డుకు మధ్య పనిచేసే ఘర్షణ బలాన్ని స్థిర ఘర్షణ అంటారు.

2.1 స్థిర ఘర్షణ బలం

స్థిర ఘర్షణ బలం అనేది, వస్తువులు ఇంకా కదలకముందు ఒకదానికొకటి తాకుతున్న వస్తువుల ఉపరితలాలపై పనిచేసే ఘర్షణ బలం.

పటం 1 ఒక సమతల ఉపరితలంపై నిశ్చలంగా ఉన్న ఒక వస్తువును చూపుతుంది. వస్తువు ఇంకా కదలకపోతే, స్థిర ఘర్షణ బలం (fs) లాగే బలం (F) కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. దానిని లాగడం కొనసాగిస్తే, వస్తువు కదులుతుంది. వస్తువు కదిలినప్పుడు, స్థిర ఘర్షణ బలం (f) యొక్క పరిమాణం_s) లాగే బలం (F) యొక్క పరిమాణానికి సమానం.

మొత్తం బలం (ఫలిత బలం) సున్నా అయితే వస్తువులు నిశ్చలంగా ఉంటాయని న్యూటన్ మొదటి నియమం చెబుతుంది.

ΣF _y = 0 (వస్తువు నిశ్చలంగా ఉంటుంది మరియు నిలువు దిశలో కదలదు)

N – w = 0

N = w (1.2)

సమీకరణం 1.1 లోని N స్థానంలో సమీకరణం 1.2 లోని N ను ప్రతిక్షేపించండి

f _s = μ _s w

f _s = μ _s mg (1.3)

fs = స్థిర ఘర్షణ (N), μs = స్థిర ఘర్షణ గుణకం, N = అభిలంబ బలం (N), w = గురుత్వాకర్షణ (N), m = ద్రవ్యరాశి (kg), g = గురుత్వాకర్షణ త్వరణం (m/ ^s² )

మీరు స్థిర ఘర్షణ గుణకాన్ని కనుగొనాలనుకుంటే, అప్పుడు సమీకరణం 1.1 b ని ఉపయోగించండి.

Σf _x = 0 (వస్తువు నిశ్చలంగా ఉంటుంది మరియు క్షితిజ సమాంతర దిశలో కదలదు)

F – f _s = 0

F = f _s (1.4)

వస్తువు కదలడం ప్రారంభించినప్పుడు, గరిష్ట స్థిర ఘర్షణ బలం నెట్టే లేదా లాగే బలం యొక్క పరిమాణానికి సమానంగా ఉంటుంది.

2.2 గతిజ ఘర్షణ బలం

ఒక వస్తువు కదులుతున్నప్పుడు, ఒకదానికొకటి తాకే వస్తువుల ఉపరితలాలపై పనిచేసే ఘర్షణ బలాన్ని గతిజ ఘర్షణ బలం అంటారు.

_{మీరు గతిజ ఘర్షణ గుణకం (μ k} ) ను కనుగొనాలనుకుంటే , సమీకరణం 1.5 b ను ఉపయోగించండి.

పటం 2 ఒక వస్తువును క్రమంగా లాగడం ద్వారా అది స్థిర వేగంతో కదులుతున్నట్లు చూపిస్తుంది. స్థిర వేగంతో కదులుతున్నప్పుడు, గతిజ ఘర్షణ బలం (fk) యొక్క పరిమాణం లాగే బలం (F) యొక్క పరిమాణానికి సమానంగా ఉంటుంది.

మొత్తం బలం (ఫలిత బలం) సున్నా అయితే ఒక వస్తువు స్థిర వేగంతో కదులుతుందని న్యూటన్ మొదటి నియమం చెబుతుంది.

ΣF _x = 0 (వస్తువులు క్షితిజ సమాంతర దిశలో స్థిర వేగంతో కదులుతాయి)

F – f _k = 0

F = f _k (1.6)

నమూనా సమస్య 1:

ఒక విద్యార్థి బల్ల ఉపరితలంపై ఉన్న 1 కిలోగ్రాము ద్రవ్యరాశి గల దూలాన్ని డైనమోమీటర్ (బలాన్ని కొలిచే పరికరం) ఉపయోగించి లాగుతున్నాడు. దూలం కదిలినప్పుడు, డైనమోమీటర్ 2 N సంఖ్యను చూపిస్తుంది. గురుత్వాకర్షణ త్వరణం = 10 మీ/సె² అయితే ^, (ఎ) స్థిర ఘర్షణ బలం యొక్క పరిమాణాన్ని (బి) స్థిర ఘర్షణ గుణకాన్ని కనుగొనండి.

పరిష్కారం:

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

(ఎ) ఎఫ్ _ఎస్

బీమ్ కదిలినప్పుడు, స్థిర ఘర్షణ బలం యొక్క పరిమాణం = లాగే బలం యొక్క పరిమాణం (సమీకరణం 1.4తో పోల్చండి). కాబట్టి, f _s = F = 2 N.

(బి) μ _s

f _s = μ _s w

2 N = (μ _s )(10 N)

μ _s = 2 N / 10 N = 0.2

నమూనా సమస్య 2:

బల్ల ఉపరితలం పైన ఉన్న 1 కిలోగ్రాము ద్రవ్యరాశి గల ఒక దూలాన్ని, అది స్థిర వేగంతో కదిలేలా క్రమంగా లాగుతున్నారు. దూలం స్థిర వేగంతో కదులుతున్నప్పుడు, డైనమోమీటర్ 1 N సంఖ్యను చూపిస్తుంది. గురుత్వాకర్షణ త్వరణం = 10 మీ/సె² అయితే ^, (ఎ) గతిజ ఘర్షణ బలం యొక్క పరిమాణాన్ని (బి) గతిజ ఘర్షణ గుణకాన్ని కనుగొనండి.

పరిష్కారం:

తెలిసినవి: m = 1 kg, g = 10 m/s² ^, F = 1 N, w = mg = 10 N

(ఎ) ఎఫ్ _కె

బీమ్ క్రమంగా లేదా స్థిరమైన వేగంతో కదిలినప్పుడు, గతిజ ఘర్షణ బలం యొక్క పరిమాణం = లాగే బలం యొక్క పరిమాణం (సమీకరణం 1.6తో పోల్చండి).

కాబట్టి f _k = F = 1 N

(బి) μ _k

f _k = μ _k w

1 N = (μ _k )(10 N)

μ _k = 1 N / 10 N = 0.1