Çdo student e di se kur ka kontakt midis dy sipërfaqeve të ngurta, lind e ashtuquajtura forca e fërkimit. Le të shqyrtojmë në këtë artikull se çfarë është, duke u fokusuar në pikën e aplikimit të forcës së fërkimit.
Çfarë lloj forcash fërkimi ekzistojnë?
Para se të shqyrtojmë pikën e aplikimit të forcës së fërkimit, është e nevojshme të kujtojmë shkurtimisht se çfarë lloje të fërkimit ekzistojnë në natyrë dhe teknologji.
Le të fillojmë të shqyrtojmë fërkimin statik. Ky lloj karakterizon gjendjen e një trupi të ngurtë në pushim në një sipërfaqe. Fërkimi i pushimit parandalon çdo zhvendosje të trupit nga gjendja e tij e prehjes. Për shembull, për shkak të veprimit të kësaj force, është e vështirë për ne të lëvizim një kabinet në këmbë në dysheme.
Fërkimi rrëshqitës është një lloj tjetër fërkimi. Ajo manifestohet në rastin e kontaktit midis dy sipërfaqeve që rrëshqasin njëra mbi tjetrën. Fërkimi rrëshqitës kundërshton lëvizjen (drejtimi i forcës së fërkimit është i kundërt me shpejtësinë e trupit). Një shembull i mrekullueshëm i veprimit të tij është një skiator ose patinator që rrëshqet mbi akull në dëborë.
Më në fund, lloji i tretë i fërkimit është rrotullimi. Ekziston gjithmonë kur një trup rrotullohet në sipërfaqen e një tjetri. Për shembull, rrotullimi i një rrote ose kushinetësh janë shembujt kryesorë ku fërkimi i rrotullimit është i rëndësishëm.
Dy të parat nga llojet e përshkruara lindin për shkak të vrazhdësisë në sipërfaqet e fërkimit. Lloji i tretë lind për shkak të histerezës së deformimit të trupit rrotullues.
Pikat e zbatimit të forcave të fërkimit të rrëshqitjes dhe qëndrimit
U tha më lart se fërkimi statik parandalon forcën e jashtme të veprimit, e cila tenton të lëvizë objektin përgjatë sipërfaqes së kontaktit. Kjo do të thotë se drejtimi i forcës së fërkimit është i kundërt me drejtimin e forcës së jashtme paralele me sipërfaqen. Pika e aplikimit të forcës së konsideruar të fërkimit është në zonën e kontaktit midis dy sipërfaqeve.
Është e rëndësishme të kuptohet se forca statike e fërkimit nuk është një vlerë konstante. Ka një vlerë maksimale, e cila llogaritet duke përdorur formulën e mëposhtme:
Ft=µtN.
Megjithatë, kjo vlerë maksimale shfaqet vetëm kur trupi fillon lëvizjen e tij. Në çdo rast tjetër, forca statike e fërkimit është saktësisht e barabartë në vlerë absolute me sipërfaqen paralele të forcës së jashtme.
Për sa i përket pikës së aplikimit të forcës së fërkimit rrëshqitës, ajo nuk ndryshon nga ajo për fërkimin statik. Duke folur për ndryshimin midis fërkimit statik dhe rrëshqitës, duhet të theksohet rëndësia absolute e këtyre forcave. Kështu, forca e fërkimit rrëshqitës për një çift të caktuar materialesh është një vlerë konstante. Përveç kësaj, është gjithmonë më pak se forca maksimale e fërkimit statik.
Siç mund ta shihni, pika e aplikimit të forcave të fërkimit nuk përkon me qendrën e gravitetit të trupit. Kjo do të thotë që forcat në shqyrtim krijojnë një moment që tenton të përmbysë trupin rrëshqitës përpara. Kjo e fundit mund të vërehet kur çiklisti frenon fort me rrotën e përparme.
Fërkimi i rrotullimit dhe pika e aplikimit të tij
Meqenëse shkaku fizik i fërkimit rrotullues është i ndryshëm nga ai për llojet e fërkimit të diskutuar më sipër, pika e aplikimit të forcës së fërkimit rrotullues ka një karakter paksa të ndryshëm.
Supozoni se rrota e makinës është në trotuar. Është e qartë se kjo rrotë është deformuar. Zona e kontaktit të saj me asf altin është e barabartë me 2dl, ku l është gjerësia e timonit, 2d është gjatësia e kontaktit anësor të timonit dhe asf altit. Forca e fërkimit të rrotullimit, në thelbin e saj fizik, manifestohet në formën e një momenti reagimi të mbështetjes së drejtuar kundër rrotullimit të timonit. Ky moment llogaritet si më poshtë:
M=Nd
Nëse e ndajmë dhe e shumëzojmë me rrezen e rrotës R, atëherë marrim:
M=Nd/RR=FtR ku Ft=Nd/R
Kështu, forca e fërkimit rrotullues Ft është në fakt reagimi i mbështetjes, duke krijuar një moment force që tenton të ngadalësojë rrotullimin e rrotës.
Pika e aplikimit të kësaj force drejtohet vertikalisht lart në raport me sipërfaqen e rrafshit dhe zhvendoset djathtas nga qendra e masës me d (duke supozuar se rrota lëviz nga e majta në të djathtë).
Shembull i zgjidhjes së problemit
VeprimForca e fërkimit të çdo lloji tenton të ngadalësojë lëvizjen mekanike të trupave, duke e shndërruar energjinë e tyre kinetike në nxehtësi. Le të zgjidhim problemin e mëposhtëm:
shirit rrëshqet në një sipërfaqe të pjerrët. Është e nevojshme të llogaritet nxitimi i lëvizjes së tij nëse dihet se koeficienti për rrëshqitje është 0,35, dhe këndi i pjerrësisë së sipërfaqes është 35o.
Le të shqyrtojmë se cilat forca veprojnë në shirit. Së pari, komponenti i gravitetit drejtohet poshtë përgjatë sipërfaqes rrëshqitëse. Është e barabartë me:
F=mgsin(α)
Së dyti, një forcë konstante fërkimi vepron lart përgjatë rrafshit, e cila drejtohet kundër vektorit të nxitimit të trupit. Mund të përcaktohet me formulën:
Ft=µtN=µtmgcos (a)
Pastaj ligji i Njutonit për një shirit që lëviz me nxitim a do të marrë formën:
ma=mgsin(α) - μtmgcos(α)=>
a=gsin(α) - µtgcos(α)
Duke zëvendësuar të dhënat në barazi, marrim se a=2,81 m/s2. Vini re se nxitimi i gjetur nuk varet nga masa e shiritit.
