Sürtünme kuvveti nedir ve özellikleri nelerdir

Konusu 'Web Kütüphanesi' forumundadır ve Demir tarafından 8 Haziran 2014 başlatılmıştır.

  1. Sürtünme kuvveti nedir özellikleri nelerdir

    Sürtünme kuvvetleri basit ve genel kanunlarla tanımlanabilir.Bu sayede sürtünme kuvvetlerinin nedeni tam olarak bilinmeden birçok problem çözülebilir.

    Kütlesi m olan bir bloğu uzun ve yatay bir masa üzerinde Vo başlangıç hızı ile harekete geçirirsek bir süre sonra duracaktır. Bunun anlamı hareketi sırasında bloğun, hareket yönüne zıt yönde bir ortalama ivme a hissetmesidir. Eğer (eylemsiz bir koordinat sisteminde) herhangi bir cisim ivmeleniyorsa ,Newton’un ikinci kanunu kullanılarak harekete neden olan kuvvet tanımlanır. Öyleyse masa üzerinde kayan bloğun yavaşlamasının nedeni masa tarafından bloğa uygulanan ve ortalama değeri m.a olan sürtünme kuvvetidir.

    Bir cisim başka cisim üzerinde kayarak hareket ediyorsa,cisimlerin herbiri diğerine kayma yüzeyine paralel sürtünme kuvveti uygular.Herbir cisim üzerine uygulanan sürtünme kuvveti , o cismin diğerine göre göreli hareketine zıt yöndedir. İki cisim arasında göreli hareketin olmadığı durumlarda da yüzeyler arasında sürtünme kuvveti var olabilir.

    Şimdiye kadar etkilerini ihmal ettiğimiz halde sürtünmenin günlük yaşantımızda yeri çok önemlidir. Örneğin dönen bir şaft sadece sürtünme kuvvetinin etkisiyle durdurulabilir.Bir otomobilde,motor gücünün %20’ si sürtünme kuvvetine karşı koymak için harcanır. Öte yandan sürtünme olmaksızın rahatlıkla yürüyemeyecek, kurşun kalemi elimizde tutamayacak, tutabilsek bile yazı yazamayacaktık ve kara taşımacılığı mümkün olmayacaktı.

    Sürtünme kuvvetleri cismin ve içinde bulunduğu ortamın özellikleri cinsinden nasıl ifade edilebilir? Bu amaçla kuru (yağlanmamış) bir yüzeyin bir başka yüzey üzerinde (yuvarlanmadan) kaymasını düşünelim. Daha sonraki bölümlerde göreceğimiz gibi, sürtünme, mikroskobik düzeyde bakıldığında oldukça karmaşık bir olaydır ve kuru yüzeylerdeki sürtünme kuvvet kanunları ampirik ve yaklaşıktır.



    Bu kanunla kütle-çekim kuvveti veya elektrostatik kuvvet kanununun sahip olduğu basit bir matematiksel yapıya sahip değildirler.

    Yüzeyler arasındaki büyük farklılıklara rağmen sürtünmeli hareketin genel kanunları basit birkaç temel mekanizma ile nitel olarak anlaşılabilir. Yandaki şekilde görüldüğü gibi yatay masa üzerinde hareketsiz duran bir blok düşünelim. Bloğu harekete geçirmek için yatay bir F kuvveti uygulansın. Uygulanan kuvvetin şiddeti yeterince büyük değilse blok hareket etmeyecek bir başka ifadeyle F kuvveti, masa tarafından blok yüzeyine uygulanan ters yöndeki sürtünme kuvveti ile dengelenecektir. Uygulanan kuvvetin şiddeti artırılırsa,bir sınır değerden sonra blok masa üzerinde kaymaya başlar ve kuvvetin etkisiyle ivme kazanır. Hareket başladıktan sonra kuvvetin şiddeti azalır ve bloğun düzgün doğrusal hareket yaptığı görülür.Bu kuvvet zayıf olabilir fakat sıfır olamaz.



    Birbirine göre hareketsiz yüzeyler arasındaki sürtünme kuvvetine ‘statik sürtünme kuvveti’ adı verilir. Hareketi başlatmak için gerekli kuvvetin en küçük değeri,statik sürtünme kuvvetinin en büyük değerine eşittir.



    Max. statik sürtünme kuvvetinin büyüklüğünün normal kuvvetin büyüklüğüne oranına söz konusu yüzeylerin ‘statik sürtünme katsayısı’ adı verilir. Statik sürtünme kuvvetini Fs ile ifade ederek aşağıdaki bağıntıyı yazabiliriz.

    Fs ≤ µs .N

    µs: Statik sürtünme katsayısı

    N : Normal kuvvetin büyüklüğü

    Kinetik sürtünme kuvvetinin büyüklüğünün normal kuvvetin büyüklüğüne oranına ‘kinetik sürtünme katsayısı’ adı verilir.Kinetik sürtünme kuvvetini Fk ile ifade edersek ; Fk=µk.N eşitliği sağlanacaktır.Burada µk kinetik sürtünme katsayısıdır.



    Bir kütle diğeri üzerinde zıt yönde çekilirse sürtünme direncinin etkisiyle, binlerce soğuk kaynaklanmış noktanın bağları kopar ve kopan bağların yerine yeni kaynaklanmış noktalar oluşur.

    Sürtünmenin ayrıntıları (a)üstteki cisim alttaki cisim üzerinde sağa doğru kaymaktadır. Diyagram büyütülerek gösterilmiştir. (b) yüzeysel yapışma noktalarını gösterecek kadar büyütülmüş diyagram. Hareketin devam etmesi için uygulanan kuvvet bu yapışma noktalarını bozacak kadar büyük olmalıdır.



    Sürtünme katsayısı malzemenin doğasına,yüzeyin düzgünlüğüne, parlaklığına ve inceliğine, sıcaklığına ve kirliliğine bağlıdır. Örneğin;çok iyi temizlenmiş iki metal yüzeyi arasındaki sürtünme katsayısı vakumlanmış bir ortamda (hiç oksitlenme olmayacak kadar) büyür ve muazzam değerlere ulaşır, bunun sonucu yüzeyler birbirlerine sıkıca kaynaklanmış gibi olur. Bir miktar havanın ortama verilmesi ile oksitlenme başlar ve sürtünme katsayısı normal değerine yaklaşır.

    Biri diğeri üzerinde yuvarlanan iki kütle arasındaki sürtünme kuvveti kayma sonucu oluşan sürtünme kuvvetinden çok daha zayıftır ve bu gerçek tekerleğin kızak karşısındaki avantajının nedenidir. Mikroskobik düzeyde kayma ve sürtünmesinde yüzeyler arasındaki kaynaklanmış noktalar kırılırken yuvarlanma sürtünmesinde bu noktaların yüzeydeki kabuk içinde kalmaları sonucu sürtünme kuvvetinin değeri azalır.