Në një seksion të veçantë të fizikës - dinamikës, kur studiojnë lëvizjen e trupave, ata marrin parasysh forcat që veprojnë në sistemin lëvizës. Ky i fundit mund të kryejë punë pozitive dhe negative. Shqyrtoni në këtë artikull se çfarë është puna e forcës së fërkimit dhe si llogaritet ajo.
Koncepti i punës në fizikë
Në fizikë, koncepti i "punës" është i ndryshëm nga ideja e zakonshme e kësaj fjale. Puna kuptohet si një sasi fizike, e cila është e barabartë me produktin skalar të vektorit të forcës dhe vektorit të zhvendosjes së trupit. Supozoni se ka ndonjë objekt mbi të cilin vepron forca F¯. Meqenëse asnjë forcë tjetër nuk vepron mbi të, vektori i tij i zhvendosjes l¯ do të përkojë në drejtim me vektorin F¯. Produkti skalar i këtyre vektorëve në këtë rast do të korrespondojë me produktin e moduleve të tyre, domethënë:
A=(F¯l¯)=Fl.
Vlera A është puna e bërë nga forca F¯ për të lëvizur objektin në një distancë l. Duke marrë parasysh dimensionet e vlerave F dhe l, ne zbulojmë se puna matet në njuton për metër (Nm) në sistemin SI. Megjithatë, njësiaNm ka emrin e vet - është një xhaul. Kjo do të thotë se koncepti i punës është i njëjtë me konceptin e energjisë. Me fjalë të tjera, nëse një forcë prej 1 njutoni lëviz një trup 1 metër, atëherë kostot përkatëse të energjisë janë 1 xhaul.
Cila është forca e fërkimit?
Studimi i çështjes së punës së forcës së fërkimit është i mundur nëse e dini se për çfarë lloj force po flasim. Fërkimi në fizikë është një proces që parandalon çdo lëvizje të një trupi në sipërfaqen e një tjetri kur këto sipërfaqe vihen në kontakt.
Nëse marrim parasysh vetëm trupat e ngurtë, atëherë ekzistojnë tre lloje fërkimi për ta:
- pushim;
- rrëshqitje;
- rolling.
Këto forca veprojnë ndërmjet sipërfaqeve kontaktuese dhe janë gjithmonë të drejtuara kundër lëvizjes së trupave.
Fërkimi i pushimit parandalon vetë lëvizjen, fërkimi rrëshqitës manifestohet në procesin e lëvizjes, kur sipërfaqet e trupave rrëshqasin njëra mbi tjetrën dhe ekziston fërkimi rrotullues midis trupit që rrokulliset në sipërfaqe dhe vetë sipërfaqes.
Një shembull i veprimit të fërkimit statik është një makinë që është në frenat e dorës në një kodër. Fërkimi i rrëshqitjes manifestohet kur një skiator lëviz në dëborë ose një patinator lëviz në akull. Së fundi, fërkimi rrotullues vepron ndërsa rrota e makinës është duke lëvizur përgjatë rrugës.
Forcat për të tre llojet e fërkimit llogariten duke përdorur formulën e mëposhtme:
Ft=µtN.
Këtu N është forca e reagimit mbështetës, µt është koeficienti i fërkimit. Forca Ntregon madhësinë e ndikimit të suportit në trupin pingul me rrafshin e sipërfaqes. Sa i përket parametrit µt, ai matet eksperimentalisht për çdo palë materialesh fërkimi, për shembull, dru-dru, çelik-borë, etj. Rezultatet e matura mblidhen në tabela të veçanta.
Për çdo forcë fërkimi, koeficienti µt ka vlerën e vet për çiftin e zgjedhur të materialeve. Kështu, koeficienti i fërkimit statik është më i madh se ai për fërkimin rrëshqitës me disa dhjetëra përqind. Nga ana tjetër, koeficienti i rrotullimit është 1-2 rend magnitudë më pak se ai për rrëshqitje.
Puna e forcave të fërkimit
Tani, pasi jeni njohur me konceptet e punës dhe me llojet e fërkimit, mund të shkoni drejtpërdrejt në temën e artikullit. Le të shqyrtojmë në rend të gjitha llojet e forcave të fërkimit dhe të kuptojmë se çfarë pune bëjnë ato.
Le të fillojmë me fërkimin statik. Ky lloj manifestohet kur trupi nuk lëviz. Meqenëse nuk ka lëvizje, vektori i tij i zhvendosjes l¯ është i barabartë me zero. Kjo e fundit do të thotë se puna e forcës statike të fërkimit është gjithashtu e barabartë me zero.
Fërkimi rrëshqitës, sipas përkufizimit, vepron vetëm kur trupi lëviz në hapësirë. Meqenëse forca e këtij lloji të fërkimit është gjithmonë e drejtuar kundër lëvizjes së trupit, kjo do të thotë se ai bën punë negative. Vlera e A mund të llogaritet duke përdorur formulën:
A=-Ftl=-µtNl.
Puna e forcës së fërkimit rrëshqitës synon të ngadalësojë lëvizjen e trupit. Si rezultat i kësaj pune, energjia mekanike e trupit shndërrohet në nxehtësi.
Fërkimi i rrotullimit, si rrëshqitja, përfshin gjithashtu lëvizjen e trupit. Forca e fërkimit rrotullues bën punë negative, duke ngadalësuar rrotullimin fillestar të trupit. Meqenëse po flasim për rrotullimin e trupit, është e përshtatshme të llogaritet vlera e punës së kësaj force përmes punës së momentit të saj. Formula përkatëse shkruhet si:
A=-Mθ ku M=FtR.
Këtu θ është këndi i rrotullimit të trupit si rezultat i rrotullimit, R është distanca nga sipërfaqja në boshtin e rrotullimit (rrezja e rrotave).
Problem me forcën e fërkimit rrëshqitës
Dihet se një bllok druri është në buzë të një rrafshi druri të pjerrët. Aeroplani është i prirur drejt horizontit në një kënd prej 40o. Duke ditur që koeficienti i fërkimit të rrëshqitjes është 0,4, gjatësia e rrafshit është 1 metër, dhe masa e shufrës korrespondon me 0,5 kg, është e nevojshme të gjendet puna e fërkimit të rrëshqitjes.
Llogaritni forcën e fërkimit të rrëshqitjes. Është e barabartë me:
Ft=mgcos(α)µt=0.59.81cos(40 o)0, 4=1,5 N.
Atëherë puna përkatëse A do të jetë:
A=-Ftl=-1,51=-1,5 J.
Problemi me fërkimin e rrotullimit
Dihet që rrota u rrotullua përgjatë rrugës për njëfarë distance dhe u ndal. Diametri i rrotës është 45 cm. Numri i rrotullimeve të rrotës para ndalimit është 100. Duke marrë parasysh koeficientin e rrotullimit të barabartë me 0,03, duhet gjetur se me çfarë është e barabartë puna e forcës së fërkimit të rrotullimit. Masa e rrotës është 5 kg.
Së pari, le të llogarisim momentin e fërkimit të rrotullimit:
M=FtR=µtmgD/2=0,0359, 81 0, 45/2=0, 331 Nm.
Nëse numri i rrotullimeve të bëra nga rrota shumëzohet me 2pi radianë, atëherë marrim këndin e rrotullimit të rrotës θ. Atëherë formula për punën është:
A=-Mθ=-M2pin.
Ku n është numri i rrotullimeve. Duke zëvendësuar momentin M dhe numrin n nga kushti, marrim punën e kërkuar: A=- 207,87 J.
