Շփման ուժը ֆիզիկական մեծություն է, որը կանխում է մարմնի ցանկացած շարժում: Այն առաջանում է, որպես կանոն, երբ մարմինները շարժվում են պինդ, հեղուկ և գազային նյութերում։ Շփման ուժերի տարբեր տեսակներ կարևոր դեր են խաղում մարդու կյանքում, քանի որ դրանք կանխում են մարմինների արագության չափազանց մեծ աճը։
Շփման ուժերի դասակարգում
Ընդհանուր դեպքում բոլոր տեսակի շփման ուժերը նկարագրվում են երեք տեսակի՝ սահելու, գլորվելու և հանգստի շփման ուժով: Առաջինը ստատիկ է, մյուս երկուսը` դինամիկ: Հանգստի ժամանակ շփումը թույլ չի տալիս մարմնին սկսել շարժվել, իր հերթին, երբ սահում է, շփում կա, երբ մարմինը քսվում է մեկ այլ մարմնի մակերեսին իր շարժման ընթացքում: Գլորվող շփումը տեղի է ունենում, երբ կլոր առարկան շարժվում է: Օրինակ բերենք. Տիպի (գլորվող շփման ուժ) վառ օրինակ է ավտոմեքենայի անիվների շարժումը ասֆալտի վրա։
Շփման ուժերի բնույթը երկու մարմինների քսվող մակերեսների միջև մանրադիտակային թերությունների առկայությունն է: Այդ իսկ պատճառով առաջացած ուժը, որը գործում էշարժվող կամ շարժվող առարկան բաղկացած է հենարանի N նորմալ ռեակցիայի ուժի գումարից, որն ուղղահայաց է շփվող մարմինների մակերևույթին, և շփման ուժի F ուժի գումարից։ շփման մակերեսը և հակառակ է մարմնի շարժմանը։
Շփում երկու պինդ մարմինների միջև
Շփման ուժերի տարբեր տեսակների հարցը դիտարկելիս երկու պինդ մարմինների համար նկատվել են հետևյալ օրինաչափությունները.
- Շփման ուժն ուղղված է աջակցության մակերեսին զուգահեռ:
- Շփման գործակիցը կախված է շփվող մակերեսների բնույթից, ինչպես նաև դրանց վիճակից։
- Շփման առավելագույն ուժը ուղիղ համեմատական է շփման մակերևույթների միջև գործող նորմալ ուժին կամ օժանդակ ռեակցիային:
- Միևնույն մարմինների համար շփման ուժն ավելի մեծ է մինչև մարմինը շարժվելը և այնուհետև նվազում է, երբ մարմինը սկսում է շարժվել:
- Շփման գործակիցը կախված չէ շփման տարածքից և գործնականում կախված չէ սահելու արագությունից։
Օրենքներ
Ամփոփելով շարժման օրենքների վերաբերյալ փորձարարական նյութը՝ մենք սահմանել ենք շփման վերաբերյալ հետևյալ հիմնական օրենքները՝
- Երկու մարմինների միջև սահելու դիմադրությունը համաչափ է նրանց միջև գործող սովորական ուժին:
- Սողացող մարմինների միջև շարժման դիմադրությունը կախված չէ նրանց միջև շփման տարածքից:
Երկրորդ օրենքը ցույց տալու համար կարող ենք բերել հետևյալ օրինակը. եթե վերցնում եք բլոկը և այն տեղափոխում եք մակերեսի վրա սահելով, ապա այդպիսի շարժման համար անհրաժեշտ ուժը.նույնը կլինի, երբ բլոկը ընկած է մակերեսի վրա իր երկար կողմով և երբ կանգնում է իր ծայրով:
Ֆիզիկայի տարբեր տեսակի շփման ուժերի վերաբերյալ օրենքները հայտնաբերվել են 15-րդ դարի վերջին Լեոնարդ դա Վինչիի կողմից։ Հետո դրանք երկար ժամանակ մոռացության մատնվեցին, և միայն 1699 թվականին դրանք նորից հայտնաբերվեցին ֆրանսիացի ինժեներ Ամոնտոնի կողմից։ Այդ ժամանակից ի վեր շփման օրենքները կրում են նրա անունը։
Ինչու՞ է շփման ուժն ավելի մեծ, քան հանգստի ժամանակ սահելու ուժը:
Շփման ուժերի մի քանի տեսակներ (հանգիստ և սահող) դիտարկելիս պետք է նշել, որ ստատիկ շփման ուժը միշտ փոքր է կամ հավասար է ստատիկ շփման գործակցի և հենարանի արձագանքման ուժի արտադրյալին: Շփման գործակիցը որոշվում է փորձնականորեն այս քսող նյութերի համար և մուտքագրվում համապատասխան աղյուսակներում։
Դինամիկ ուժը հաշվարկվում է այնպես, ինչպես ստատիկ ուժը: Միայն այս դեպքում շփման գործակիցը օգտագործվում է հատուկ սահելու համար: Շփման գործակիցը սովորաբար նշվում է հունարեն Μ (mu) տառով։ Այսպիսով, երկու շփման ուժերի ընդհանուր բանաձևը հետևյալն է. Ftr=ՄN, որտեղ N-ը օժանդակ ռեակցիայի ուժն է:
Այս տեսակի շփման ուժերի միջև տարբերության բնույթը հստակորեն հաստատված չէ: Այնուամենայնիվ, գիտնականների մեծամասնությունը կարծում է, որ ստատիկ շփման ուժն ավելի մեծ է, քան սահելու համար, քանի որ երբ մարմինները որոշ ժամանակ հանգստանում են միմյանց նկատմամբ, դրանց մակերևույթների միջև կարող են ձևավորվել իոնային կապեր կամ մակերեսների առանձին կետերի միկրոմիաձուլումներ: Այս գործոնները առաջացնում են ստատիկ աճցուցանիշ.
Շփման ուժի մի քանի տեսակների և դրանց դրսևորման օրինակ է մեքենայի շարժիչի մխոցում գտնվող մխոցը, որը «զոդվում» է մխոցին, եթե շարժիչը երկար ժամանակ չի աշխատում:
Հորիզոնական սահող մարմին
Ստանք շարժման հավասարումը մարմնի համար, որը F արտաքին ուժի ազդեցության տակ սկսում է սահելով շարժվել մակերևույթի երկայնքով: Այս դեպքում մարմնի վրա գործում են հետևյալ ուժերը՝
- Fv – արտաքին ուժ;
- Ftr - շփման ուժ, որը հակառակ է Fv;
- N հենարանի արձագանքման ուժն է, որը բացարձակ արժեքով հավասար է P մարմնի քաշին և ուղղված է մակերեսին, այսինքն՝ նրա նկատմամբ ուղիղ անկյան տակ։
ուժին
Հաշվի առնելով բոլոր ուժերի ուղղությունները՝ մենք գրում ենք Նյուտոնի երկրորդ օրենքը շարժման այս դեպքի համար՝ Fv - Ftr=ma, որտեղ m - մարմնի զանգված, a - շարժման արագացում: Իմանալով, որ Ftr=ՄN, N=P=mg, որտեղ g-ն ազատ անկման արագացումն է, մենք ստանում ենք՝ Fv – Մmg=ma. Այստեղից, արտահայտելով սահող մարմնի շարժման արագացումը, ստանում ենք՝ a=F / m – Մg.
Կոշտ մարմնի շարժում հեղուկում
Շփման ուժերի տեսակների մասին խոսելիս պետք է նշել ֆիզիկայի մի կարևոր երևույթ, որը նկարագրում է, թե ինչպես է պինդ մարմինը շարժվում հեղուկում։ Տվյալ դեպքում խոսքը աերոդինամիկ շփման մասին է, որը որոշվում է՝ կախված հեղուկում մարմնի արագությունից։ Շարժման երկու տեսակ կա՝
- Երբկոշտ մարմինը շարժվում է ցածր արագությամբ, մեկը խոսում է շերտավոր շարժման մասին: Շերտավոր շարժման մեջ շփման ուժը համաչափ է արագությանը: Օրինակ՝ Սթոքսի օրենքը գնդաձև մարմինների համար։
- Երբ հեղուկի մեջ մարմնի շարժումը տեղի է ունենում որոշակի շեմային արժեքից ավելի մեծ արագությամբ, ապա հեղուկի հոսքերից պտտվող պտույտներ սկսում են հայտնվել մարմնի շուրջը: Այս պտույտները ստեղծում են լրացուցիչ ուժ, որը խանգարում է շարժմանը, և արդյունքում շփման ուժը համաչափ է արագության քառակուսու հետ:
Գլորվող շփման ուժի բնույթը
Շփման ուժերի տեսակների մասին խոսելիս ընդունված է պտտվող շփման ուժն անվանել երրորդ տեսակ։ Այն դրսևորվում է, երբ մարմինը գլորվում է որոշակի մակերևույթի վրայով և տեղի է ունենում մարմնի դեֆորմացիա, իսկ մակերեսն ինքնին: Այսինքն՝ բացարձակապես ոչ դեֆորմացվող մարմնի և մակերեսի դեպքում գլորվող շփման ուժի մասին խոսելն անիմաստ է։ Եկեք մանրամասն նայենք։
Գլորման շփման գործակիցի հայեցակարգը նման է սահելու համար: Քանի որ գլորման ժամանակ մարմինների մակերևույթների միջև սայթաքում չկա, շարժման շփման գործակիցը շատ ավելի փոքր է, քան սահելու դեպքում։
Գլխավոր գործոնը, որն ազդում է գործակիցի վրա, մեխանիկական էներգիայի հիստերեզն է շարժվող շփման ուժի տեսակի համար: Մասնավորապես, անիվը, կախված այն նյութից, որից այն պատրաստված է, ինչպես նաև այն բեռից, որը կրում է, շարժման ընթացքում առաձգականորեն դեֆորմացվում է։ Էլաստիկ դեֆորմացիայի կրկնվող ցիկլերը հանգեցնում են մեխանիկական էներգիայի մի մասի ջերմային էներգիայի փոխանցմանը: Բացի այդ, շնորհիվվնաս, անիվի և մակերևույթի շփումն արդեն ունի որոշակի սահմանափակ շփման տարածք:
գլանման շփման ուժի բանաձև
Եթե կիրառենք անիվը պտտվող ուժի պահի արտահայտությունը, ապա կարող ենք ստանալ, որ պտտվող շփման ուժը Ftr.k.=Մ k N / R, այստեղ N-ը հենարանի ռեակցիան է, R-ն անիվի շառավիղն է, Մk – պտտվող շփման գործակիցը: Այսպիսով, պտտվող շփման ուժը հակադարձ համեմատական է շառավղին, ինչը բացատրում է մեծ անիվների առավելությունը փոքրերի նկատմամբ։
Այս ուժի հակադարձ համեմատությունը անիվի շառավղին ցույց է տալիս, որ տարբեր շառավղով երկու անիվների դեպքում, որոնք ունեն նույն զանգվածը և պատրաստված են նույն նյութից, ավելի մեծ շառավղով անիվն ավելի հեշտ է. շարժվել։
Գլորման հարաբերակցություն
Համաձայն այս տեսակի շփման ուժի բանաձևի, մենք ստանում ենք, որ պտտվող շփման գործակիցը Մk ունի երկարության չափ: Դա հիմնականում կախված է շփվող մարմինների բնույթից։ Արժեքը, որը որոշվում է պտտվող շփման գործակցի և շառավիղի հարաբերակցությամբ, կոչվում է շարժման գործակից, այսինքն՝ Ck=Մk / R-ն անչափ մեծություն է։
Գլորման գործակիցը Ck էապես փոքր է սահող շփման գործակիցից Μtr: Հետևաբար, երբ պատասխանելով այն հարցին, թե շփման ուժի որ տեսակն է ամենափոքրը, մենք կարող ենք ապահով անվանել գլորման շփման ուժ: Այս փաստի շնորհիվ անիվի գյուտը համարվում է տեխնոլոգիական առաջընթացի կարևոր քայլ։մարդկություն.
Գլորման հարաբերակցությունը հատուկ է համակարգին և կախված է հետևյալ գործոններից.
անիվի և մակերեսի
