Forca e fërkimit është një sasi fizike që pengon çdo lëvizje të trupit. Ndodh, si rregull, kur trupat lëvizin në lëndë të ngurtë, të lëngët dhe të gaztë. Llojet e ndryshme të forcave të fërkimit luajnë një rol të rëndësishëm në jetën e njeriut, pasi parandalojnë një rritje të tepruar të shpejtësisë së trupave.
Klasifikimi i forcave të fërkimit
Në rastin e përgjithshëm, të gjitha llojet e forcave të fërkimit përshkruhen nga tre lloje: forca e fërkimit të rrëshqitjes, rrotullimit dhe pushimit. E para është statike, dy të tjerat janë dinamike. Fërkimi në pushim e pengon trupin të fillojë të lëvizë, nga ana tjetër, kur rrëshqet, fërkimi ekziston kur trupi fërkohet me sipërfaqen e një trupi tjetër gjatë lëvizjes së tij. Fërkimi i rrotullimit ndodh kur një objekt i rrumbullakët lëviz. Le të marrim një shembull. Një shembull i mrekullueshëm i llojit (forca e fërkimit të rrotullimit) është lëvizja e rrotave të makinës në asf alt.
Natyra e forcave të fërkimit është ekzistenca e papërsosmërive mikroskopike midis sipërfaqeve të fërkimit të dy trupave. Për këtë arsye, forca që rezulton që vepron nënjë objekt që lëviz ose fillon të lëvizë, përbëhet nga shuma e forcës së reaksionit normal të mbështetjes N, e cila drejtohet pingul me sipërfaqen e trupave kontaktues, dhe nga forca e fërkimit F. Kjo e fundit është e drejtuar paralelisht me sipërfaqja e kontaktit dhe është e kundërt me lëvizjen e trupit.
Fërkimi ndërmjet dy trupave të ngurtë
Kur shqyrtohet çështja e llojeve të ndryshme të forcave të fërkimit, modelet e mëposhtme u vëzhguan për dy trupa të ngurtë:
- Forca e fërkimit drejtohet paralelisht me sipërfaqen mbështetëse.
- Koeficienti i fërkimit varet nga natyra e sipërfaqeve kontaktuese, si dhe nga gjendja e tyre.
- Forca maksimale e fërkimit është në përpjesëtim të drejtë me forcën normale ose reagimin mbështetës që vepron ndërmjet sipërfaqeve të kontaktit.
- Për të njëjtët trupa, forca e fërkimit është më e madhe përpara se trupi të fillojë të lëvizë dhe më pas zvogëlohet kur trupi fillon të lëvizë.
- Koeficienti i fërkimit nuk varet nga zona e kontaktit dhe praktikisht nuk varet nga shpejtësia e rrëshqitjes.
Ligjet
Duke përmbledhur materialin eksperimental mbi ligjet e lëvizjes, ne kemi vendosur ligjet e mëposhtme bazë në lidhje me fërkimin:
- Rezistenca ndaj rrëshqitjes ndërmjet dy trupave është proporcionale me forcën normale që vepron ndërmjet tyre.
- Rezistenca ndaj lëvizjes ndërmjet trupave që fërkojnë nuk varet nga zona e kontaktit ndërmjet tyre.
Për të demonstruar ligjin e dytë, mund të japim shembullin e mëposhtëm: nëse merrni një bllok dhe e lëvizni duke rrëshqitur në sipërfaqe, atëherë forca e nevojshme për një lëvizje të tillëdo të jetë i njëjtë kur blloku shtrihet në sipërfaqe me anën e tij të gjatë dhe kur qëndron me skajin e tij.
Ligjet në lidhje me llojet e ndryshme të forcave të fërkimit në fizikë u zbuluan në fund të shekullit të 15-të nga Leonard da Vinci. Pastaj ata u harruan për një kohë të gjatë, dhe vetëm në 1699 ato u rizbuluan nga inxhinieri francez Amonton. Që atëherë, ligjet e fërkimit mbajnë emrin e tij.
Pse forca e fërkimit është më e madhe se ajo e rrëshqitjes në qetësi?
Kur shqyrtojmë disa lloje të forcave të fërkimit (pushimi dhe rrëshqitja), duhet të theksohet se forca statike e fërkimit është gjithmonë më e vogël ose e barabartë me produktin e koeficientit të fërkimit statik dhe forcës së reagimit të mbështetjes. Koeficienti i fërkimit përcaktohet eksperimentalisht për këto materiale fërkimi dhe futet në tabelat përkatëse.
Forca dinamike llogaritet në të njëjtën mënyrë si forca statike. Vetëm në këtë rast, koeficienti i fërkimit përdoret posaçërisht për rrëshqitje. Koeficienti i fërkimit zakonisht shënohet me shkronjën greke Μ (mu). Kështu, formula e përgjithshme për të dyja forcat e fërkimit është: Ftr=ΜN, ku N është forca e reagimit mbështetës.
Natyra e ndryshimit midis këtyre llojeve të forcave të fërkimit nuk është përcaktuar saktësisht. Megjithatë, shumica e shkencëtarëve besojnë se forca statike e fërkimit është më e madhe se ajo e rrëshqitjes, sepse kur trupat janë në qetësi në lidhje me njëri-tjetrin për ca kohë, lidhjet jonike ose mikrofuzionet e pikave individuale të sipërfaqeve mund të formohen midis sipërfaqeve të tyre. Këta faktorë shkaktojnë një rritje të staticitetittregues.
Një shembull i disa llojeve të forcës së fërkimit dhe manifestimi i tyre është pistoni në cilindrin e një motori makine, i cili "ngjitet" në cilindër nëse motori nuk punon për një kohë të gjatë.
Trupi rrëshqitës horizontal
Le të marrim ekuacionin e lëvizjes për një trup që, nën veprimin e një force të jashtme Fnë, fillon të lëvizë përgjatë sipërfaqes duke u rrëshqitur. Në këtë rast, forcat e mëposhtme veprojnë në trup:
- Fv – forca e jashtme;
- Ftr – forca e fërkimit që është e kundërt në drejtim me forcën Fv;
- N është forca e reagimit të suportit, e cila në vlerë absolute është e barabartë me peshën e trupit P dhe është e drejtuar në sipërfaqe, domethënë në një kënd të drejtë me të.
Duke marrë parasysh drejtimet e të gjitha forcave, ne shkruajmë ligjin e dytë të Njutonit për këtë rast të lëvizjes: Fv - Ftr=ma, ku m - masa trupore, a - përshpejtim i lëvizjes. Duke ditur që Ftr=MN, N=P=mg, ku g është nxitimi i rënies së lirë, marrim: Fv – Μmg=ma. Prej këtu, duke shprehur nxitimin me të cilin lëviz trupi rrëshqitës, marrim: a=F në / m – Μg.
Lëvizja e një trupi të ngurtë në një lëng
Kur shqyrtojmë se cilat lloje të forcave të fërkimit ekzistojnë, duhet përmendur një fenomen i rëndësishëm në fizikë, që është përshkrimi se si lëviz një trup i ngurtë në një lëng. Në këtë rast, bëhet fjalë për fërkimin aerodinamik, i cili përcaktohet në varësi të shpejtësisë së trupit në lëng. Ekzistojnë dy lloje lëvizjesh:
- Kurnjë trup i ngurtë lëviz me një shpejtësi të ulët, dikush flet për lëvizje laminare. Forca e fërkimit në lëvizjen laminare është proporcionale me shpejtësinë. Një shembull është ligji i Stokes për trupat sferikë.
- Kur lëvizja e një trupi në një lëng ndodh me një shpejtësi më të madhe se një vlerë e caktuar pragu, atëherë rreth trupit fillojnë të shfaqen vorbulla nga rrjedhat e lëngjeve. Këto vorbulla krijojnë një forcë shtesë që pengon lëvizjen, dhe si rezultat, forca e fërkimit është proporcionale me katrorin e shpejtësisë.
Natyra e forcës së fërkimit të rrotullimit
Kur flasim për llojet e forcave të fërkimit, është zakon të quajmë forcën e fërkimit rrotullues lloji i tretë. Shfaqet kur një trup rrotullohet mbi një sipërfaqe të caktuar dhe ndodh deformimi i këtij trupi dhe vetë sipërfaqja. Kjo do të thotë, në rastin e një trupi dhe sipërfaqeje absolutisht jo të deformueshme, nuk ka kuptim të flasim për forcën e fërkimit të rrotullimit. Le të hedhim një vështrim më të afërt.
Koncepti i koeficientit të fërkimit të rrotullimit është i ngjashëm me atë të rrëshqitjes. Meqenëse nuk ka rrëshqitje midis sipërfaqeve të trupave gjatë rrotullimit, koeficienti i fërkimit të rrotullimit është shumë më i vogël se sa i rrëshqitjes.
Faktori kryesor që ndikon në koeficient është histereza e energjisë mekanike për llojin e forcës së fërkimit të rrotullimit. Në veçanti, rrota, në varësi të materialit nga i cili është bërë, si dhe nga ngarkesa që mbart, deformohet në mënyrë elastike gjatë lëvizjes. Ciklet e përsëritura të deformimit elastik çojnë në transferimin e një pjese të energjisë mekanike në energji termike. Përveç kësaj, për shkak tëdëmtimi, kontakti i rrotës dhe sipërfaqja tashmë ka një zonë të kufizuar kontakti.
formula e forcës së fërkimit të rrotullimit
Nëse zbatojmë shprehjen për momentin e forcës që rrotullon rrotën, atëherë mund të marrim se forca e fërkimit të rrotullimit është Ftr.k.=Μ k N / R, këtu N është reagimi i mbështetjes, R është rrezja e rrotës, Μk – koeficienti i fërkimit të rrotullimit. Kështu, forca e fërkimit të rrotullimit është në përpjesëtim të kundërt me rrezen, gjë që shpjegon avantazhin e rrotave të mëdha ndaj atyre të vogla.
Proporcionaliteti i anasjelltë i kësaj force me rrezen e rrotës sugjeron që në rastin e dy rrotave me rreze të ndryshme që kanë të njëjtën masë dhe që janë bërë nga i njëjti material, rrota me rreze më të madhe është më e lehtë për t'u lëviz.
Raporti i rrotullimit
Në përputhje me formulën për këtë lloj force fërkimi, marrim se koeficienti i fërkimit të rrotullimit Μk ka dimensionin e gjatësisë. Kjo varet kryesisht nga natyra e organeve kontaktuese. Vlera, e cila përcaktohet nga raporti i koeficientit të fërkimit të rrotullimit me rreze, quhet koeficienti i rrotullimit, domethënë Ck=Μk / R është një sasi pa dimension.
Koeficienti i rrotullimit Ck është dukshëm më i vogël se koeficienti i fërkimit rrëshqitës Μtr. Prandaj, kur i përgjigjemi pyetjes se cili lloj i forcës së fërkimit është më i vogli, mund ta quajmë me siguri forcën e fërkimit rrotullues. Falë këtij fakti, shpikja e rrotës konsiderohet një hap i rëndësishëm në përparimin teknologjik.njerëzimi.
Raporti i rrotullimit është specifik i sistemit dhe varet nga faktorët e mëposhtëm:
- fortësia e rrotës dhe sipërfaqes (sa më i vogël të jetë deformimi i trupave që ndodh gjatë lëvizjes, aq më i ulët është koeficienti i rrotullimit);
- rrezja e rrotave;
- pesha që vepron në timon;
- sipërfaqja e kontaktit dhe forma e saj;
- viskozitet në zonën e kontaktit ndërmjet timonit dhe sipërfaqes;
- temperatura e trupit
