Secili prej nesh është i njohur me manifestimin e forcës së fërkimit. Në të vërtetë, çdo lëvizje në jetën e përditshme, qoftë ecja e një personi apo lëvizja e një automjeti, është e pamundur pa pjesëmarrjen e kësaj force. Në fizikë, është zakon të studiohen tre lloje të forcave të fërkimit. Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë njërën prej tyre, do të kuptojmë se çfarë është fërkimi statik.
Shifra në një sipërfaqe horizontale
Para se të vazhdojmë t'u përgjigjemi pyetjeve, sa është forca statike e fërkimit dhe me çfarë është e barabartë, le të shqyrtojmë një rast të thjeshtë me një shufër që shtrihet në një sipërfaqe horizontale.
Le të analizojmë se çfarë forcash veprojnë në shirit. E para është pesha e vetë sendit. Le ta shënojmë me shkronjën P. Është e drejtuar vertikalisht poshtë. Së dyti, ky është reagimi i mbështetjes N. Ai drejtohet vertikalisht lart. Ligji i dytë i Njutonit për rastin në shqyrtim do të shkruhet në formën e mëposhtme:
ma=P - N.
Shenja minus këtu pasqyron drejtimet e kundërta të vektorëve të peshës dhe reagimit mbështetës. Meqenëse blloku është në qetësi, vlera e a është zero. Kjo e fundit do të thotë se:
P - N=0=>
P=N.
Reagimi i suportit balancon peshën e trupit dhe është i barabartë me të në vlerë absolute.
Forca e jashtme që vepron në një shufër në një sipërfaqe horizontale
Tani le t'i shtojmë edhe një forcë vepruese situatës së përshkruar më sipër. Le të supozojmë se një person fillon të shtyjë një bllok përgjatë një sipërfaqe horizontale. Le ta shënojmë këtë forcë me shkronjën F. Mund të vërehet një situatë e mahnitshme: nëse forca F është e vogël, atëherë pavarësisht veprimit të saj, shiriti vazhdon të qëndrojë në sipërfaqe. Pesha e trupit dhe reagimi i suportit drejtohen pingul me sipërfaqen, kështu që projeksionet e tyre horizontale janë të barabarta me zero. Me fjalë të tjera, forcat P dhe N nuk mund të kundërshtojnë F në asnjë mënyrë. Në atë rast, pse shufra qëndron në qetësi dhe nuk lëviz?
Natyrisht, duhet të ketë një forcë që drejtohet kundër forcës F. Kjo forcë është fërkimi statik. Ai drejtohet kundër F përgjatë një sipërfaqe horizontale. Ai vepron në zonën e kontaktit midis skajit të poshtëm të shiritit dhe sipërfaqes. Le ta shënojmë me simbolin Ft. Ligji i Njutonit për projeksionin horizontal do të shkruhet si:
F=Ft.
Kështu, moduli i forcës statike të fërkimit është gjithmonë i barabartë me vlerën absolute të forcave të jashtme që veprojnë përgjatë sipërfaqes horizontale.
Fillimi i lëvizjes së shiritit
Për të shkruar formulën për fërkimin statik, le të vazhdojmë eksperimentin e filluar në paragrafët e mëparshëm të artikullit. Ne do të rrisim vlerën absolute të forcës së jashtme F. Lokali do të qëndrojë ende në qetësi për disa kohë, por do të vijë një moment që të fillojë të lëvizë. Në këtë pikë, forca statike e fërkimit do të arrijë vlerën e saj maksimale.
Për të gjetur këtë vlerë maksimale, merrni një shirit tjetër saktësisht të njëjtë me atë të parën dhe vendoseni sipër. Zona e kontaktit të shiritit me sipërfaqen nuk ka ndryshuar, por pesha e saj është dyfishuar. Eksperimentalisht u zbulua se forca F e shkëputjes së shufrës nga sipërfaqja gjithashtu u dyfishua. Ky fakt bëri të mundur shkrimin e formulës së mëposhtme për fërkimin statik:
Ft=µsP.
Dmth, vlera maksimale e forcës së fërkimit rezulton të jetë proporcionale me peshën e trupit P, ku parametri µs vepron si një koeficient proporcionaliteti. Vlera µs quhet koeficienti i fërkimit statik.
Meqenëse pesha e trupit në eksperiment është e barabartë me forcën e reagimit mbështetës N, formula për Ft mund të rishkruhet si më poshtë:
Ft=µsN.
Ndryshe nga ajo e mëparshme, kjo shprehje mund të përdoret gjithmonë, edhe kur trupi është në një plan të pjerrët. Moduli i forcës statike të fërkimit është drejtpërdrejt proporcional me forcën e reagimit mbështetës me të cilin sipërfaqja vepron në trup.
Shkaqet fizike të forcës Ft
Çështja se përse ndodh fërkimi statik është komplekse dhe kërkon shqyrtimin e kontaktit ndërmjet trupave në nivelin mikroskopik dhe atomik.
Në përgjithësi, ekzistojnë dy shkaqe fizike të forcësFt:
- Ndërveprimi mekanik midis majave dhe ultësirave.
- Ndërveprimi fiziko-kimik ndërmjet atomeve dhe molekulave të trupave.
Pavarësisht se sa e lëmuar është çdo sipërfaqe, ajo ka parregullsi dhe johomogjenitete. Përafërsisht, këto inhomogjenitete mund të përfaqësohen si maja dhe gropa mikroskopike. Kur maja e një trupi bie në zgavrën e një trupi tjetër, ndodh bashkimi mekanik midis këtyre trupave. Një numër i madh i bashkimeve mikroskopike është një nga arsyet e shfaqjes së fërkimit statik.
Arsyeja e dytë është ndërveprimi fizik dhe kimik midis molekulave ose atomeve që përbëjnë trupin. Dihet se kur dy atome neutrale i afrohen njëri-tjetrit, mund të ndodhin disa ndërveprime elektrokimike midis tyre, për shembull, ndërveprimet dipol-dipol ose van der Waals. Në momentin e fillimit të lëvizjes, shufra detyrohet t'i kapërcejë këto ndërveprime për t'u shkëputur nga sipërfaqja.
Veçoritë e forcës Ft
Tashmë është vërejtur më lart se me çfarë është forca maksimale statike e fërkimit, dhe gjithashtu tregohet drejtimi i saj i veprimit. Këtu listojmë karakteristika të tjera të sasisë Ft.
Fërkimi në pushim nuk varet nga zona e kontaktit. Përcaktohet vetëm nga reagimi i mbështetjes. Sa më e madhe të jetë zona e kontaktit, aq më i vogël është deformimi i majave mikroskopike dhe lugëve, por aq më i madh është numri i tyre. Ky fakt intuitiv shpjegon pse maksimumi Ftt nuk do të ndryshojë nëse shiriti kthehet në skaj me më të vogëlzonë.
Fërkimi në pushim dhe fërkimi rrëshqitës janë të së njëjtës natyrë, të përshkruara me të njëjtat formula, por e dyta është gjithmonë më e vogël se e para. Fërkimi rrëshqitës ndodh kur blloku fillon të lëvizë përgjatë sipërfaqes.
Forca Ft është një sasi e panjohur në shumicën e rasteve. Formula që është dhënë më sipër për të korrespondon me vlerën maksimale të Ft në momentin që shiriti fillon të lëvizë. Për ta kuptuar më qartë këtë fakt, më poshtë është një grafik i varësisë së forcës Ft nga ndikimi i jashtëm F.
Mund të shihet se me rritjen e F, fërkimi statik rritet në mënyrë lineare, arrin një maksimum dhe më pas zvogëlohet kur trupi fillon të lëvizë. Gjatë lëvizjes, nuk është më e mundur të flitet për forcën Ft, pasi ajo zëvendësohet nga fërkimi rrëshqitës.
Më në fund, tipari i fundit i rëndësishëm i forcës Ft është se nuk varet nga shpejtësia e lëvizjes (me shpejtësi relativisht të larta, Ftzvogëlohet).
Koeficienti i fërkimit µs
Meqë μs shfaqet në formulën për modulin e fërkimit, duhen thënë disa fjalë për të.
Koeficienti i fërkimit µs është një karakteristikë unike e dy sipërfaqeve. Nuk varet nga pesha e trupit, përcaktohet eksperimentalisht. Për shembull, për një çift pemë-pemë, varion nga 0,25 në 0,5 në varësi të llojit të pemës dhe cilësisë së trajtimit sipërfaqësor të trupave fërkues. Për sipërfaqet prej druri të depiluara nëborë e lagësht μs=0,14, dhe për nyjet e njeriut ky koeficient merr vlera shumë të ulëta (≈0,01).
Çfarëdo qoftë vlera e µs për çiftin e materialeve në shqyrtim, një koeficient i ngjashëm i fërkimit rrëshqitës μk do të jetë gjithmonë më të vogla. Për shembull, kur rrëshqitni një pemë në një pemë, është e barabartë me 0,2, dhe për nyjet njerëzore nuk kalon 0,003.
Më pas do të shqyrtojmë zgjidhjen e dy problemeve fizike në të cilat mund të zbatojmë njohuritë e marra.
Bar në një sipërfaqe të pjerrët: llogaritja e forcës Ft
Detyra e parë është mjaft e thjeshtë. Le të supozojmë se një bllok druri shtrihet në një sipërfaqe prej druri. Masa e saj është 1.5 kg. Sipërfaqja është e prirur në një kënd prej 15o në horizont. Është e nevojshme të përcaktohet forca statike e fërkimit nëse dihet që shufra nuk lëviz.
Kapja me këtë problem është se shumë njerëz fillojnë duke llogaritur reagimin e mbështetjes, dhe më pas duke përdorur të dhënat e referencës për koeficientin e fërkimit µs, përdorin sa më sipër. formulë për të përcaktuar vlerën maksimale të F t. Megjithatë, në këtë rast, Ft nuk është maksimumi. Moduli i tij është i barabartë vetëm me forcën e jashtme, e cila tenton të lëvizë shiritin nga vendi i saj poshtë në plan. Kjo forcë është:
F=mgsin(α).
Atëherë forca e fërkimit Ft do të jetë e barabartë me F. Duke zëvendësuar të dhënat në barazi, marrim përgjigjen: forca statike e fërkimit në një plan të pjerrët F t=3,81 njuton.
Bar në një sipërfaqe të pjerrët: llogaritjekëndi maksimal i animit
Tani le të zgjidhim problemin e mëposhtëm: një bllok druri është në një plan të pjerrët prej druri. Duke supozuar koeficientin e fërkimit të barabartë me 0,4, është e nevojshme të gjendet këndi maksimal i prirjes α të rrafshit ndaj horizontit, në të cilin shufra do të fillojë të rrëshqasë.
Rrëshqitja do të fillojë kur projeksioni i peshës së trupit në aeroplan bëhet i barabartë me forcën maksimale statike të fërkimit. Le të shkruajmë kushtin përkatës:
F=Ft=>
mgsin(α)=μsmgcos(α)=>
tg(α)=µs=>
α=arctan(µs).
Duke zëvendësuar vlerën µs=0, 4 në ekuacionin e fundit, marrim α=21, 8o.
