Յուրաքանչյուր աշակերտ գիտի, որ երկու պինդ մակերեսների միջև շփման դեպքում առաջանում է այսպես կոչված շփման ուժ: Եկեք այս հոդվածում դիտարկենք, թե ինչ է դա՝ կենտրոնանալով շփման ուժի կիրառման կետի վրա։
Շփման ուժի ի՞նչ տեսակներ կան:
Շփման ուժի կիրառման կետը դիտարկելուց առաջ անհրաժեշտ է համառոտ հիշել, թե շփման ինչ տեսակներ կան բնության և տեխնիկայի մեջ:
Եկեք սկսենք դիտարկել ստատիկ շփումը: Այս տեսակը բնութագրում է պինդ մարմնի վիճակը որոշ մակերեսի վրա հանգիստ վիճակում։ Հանգստի շփումը կանխում է մարմնի ցանկացած տեղաշարժ հանգստի վիճակից: Օրինակ, հենց այս ուժի գործողության պատճառով մեզ համար դժվար է հատակին կանգնած պահարանը տեղափոխել։
Սահող շփումը շփման մեկ այլ տեսակ է: Այն արտահայտվում է միմյանց վրա սահող երկու մակերեսների շփման դեպքում։ Սահող շփումը հակադրվում է շարժմանը (շփման ուժի ուղղությունը հակառակ է մարմնի արագությանը): Դրա գործողության վառ օրինակն է դահուկորդը կամ չմշկորդը, որը սահում է սառույցի վրա ձյան վրա:
Վերջապես, շփման երրորդ տեսակը գլորումն է: Այն միշտ գոյություն ունի, երբ մի մարմին գլորվում է մյուսի մակերեսին: Օրինակ, անիվի կամ առանցքակալների գլորումը հիմնական օրինակներն են, որտեղ պտտվող շփումը կարևոր է:
Նկարագրված տեսակներից առաջին երկուսը առաջանում են քսվող մակերեսների կոշտության պատճառով: Երրորդ տեսակն առաջանում է պտտվող մարմնի դեֆորմացիոն հիստերեզի պատճառով։
Սահման և հանգստի շփման ուժերի կիրառման կետեր
Վերևում ասվեց, որ ստատիկ շփումը կանխում է արտաքին գործող ուժը, որը հակված է շարժել առարկան շփման մակերեսով: Սա նշանակում է, որ շփման ուժի ուղղությունը հակառակ է մակերեսին զուգահեռ արտաքին ուժի ուղղությանը։ Դիտարկվող շփման ուժի կիրառման կետը գտնվում է երկու մակերեսների շփման տարածքում։
Կարևոր է հասկանալ, որ ստատիկ շփման ուժը հաստատուն արժեք չէ: Այն ունի առավելագույն արժեք, որը հաշվարկվում է հետևյալ բանաձևով.
Ft=µtN.
Սակայն այս առավելագույն արժեքը հայտնվում է միայն այն ժամանակ, երբ մարմինը սկսում է իր շարժումը: Ցանկացած այլ դեպքում, ստատիկ շփման ուժը բացարձակ արժեքով հավասար է արտաքին ուժի զուգահեռ մակերեսին:
Ինչ վերաբերում է սահող շփման ուժի կիրառման կետին, ապա այն չի տարբերվում ստատիկ շփման կետից։ Խոսելով ստատիկ և սահող շփման տարբերության մասին՝ պետք է նշել այդ ուժերի բացարձակ նշանակությունը։ Այսպիսով, սահող շփման ուժը տվյալ զույգ նյութերի համար հաստատուն արժեք է։ Բացի այդ, այն միշտ ավելի քիչ է ստատիկ շփման ուժից:
Ինչպես տեսնում եք, շփման ուժերի կիրառման կետը չի համընկնում մարմնի ծանրության կենտրոնի հետ։ Սա նշանակում է, որ դիտարկվող ուժերը ստեղծում են սահող մարմինը առաջ շուռ տալու մի ակնթարթ: Վերջինս կարելի է նկատել, երբ հեծանվորդը ուժեղ արգելակում է առջևի անիվով։
Գլորվող շփում և դրա կիրառման կետ
Քանի որ պտտվող շփման ֆիզիկական պատճառը տարբերվում է վերը քննարկված շփման տեսակներից, պտտվող շփման ուժի կիրառման կետը մի փոքր այլ բնույթ ունի:
Ենթադրենք, որ մեքենայի անիվը մայթին է: Ակնհայտ է, որ այս անիվը դեֆորմացված է։ Ասֆալտի հետ դրա շփման մակերեսը հավասար է 2dl, որտեղ l-ն անիվի լայնությունն է, 2d-ը անիվի և ասֆալտի կողային շփման երկարությունն է։ Գլորվող շփման ուժն իր ֆիզիկական էությամբ դրսևորվում է անիվի պտույտի դեմ ուղղված հենարանի արձագանքման պահի տեսքով։ Այս պահը հաշվարկվում է հետևյալ կերպ՝
M=Nd
Եթե այն բաժանենք և բազմապատկենք R անիվի շառավղով, ապա կստանանք՝
M=Nd/RR=FtR որտեղ Ft=Nd/R
Այսպիսով, պտտվող շփման ուժը Ft իրականում հենարանի արձագանքն է՝ ստեղծելով ուժի պահ, որը հակված է դանդաղեցնել անիվի պտույտը:
Այս ուժի կիրառման կետը ուղղահայաց վերև է ուղղվում հարթության մակերևույթի համեմատ և զանգվածի կենտրոնից շարժվում է դեպի աջ d-ով (ենթադրելով, որ անիվը շարժվում է ձախից աջ):
Խնդիրների լուծման օրինակ
ԱկցիաՑանկացած տեսակի շփման ուժը հակված է դանդաղեցնելու մարմինների մեխանիկական շարժումը, մինչդեռ նրանց կինետիկ էներգիան վերածում է ջերմության: Եկեք լուծենք հետևյալ խնդիրը՝
- բարը սահում է թեք մակերեսի վրա: Անհրաժեշտ է հաշվարկել նրա շարժման արագացումը, եթե հայտնի է, որ սահելու գործակիցը 0,35 է, իսկ մակերեսի թեքության անկյունը՝ 35o։
։
Եկեք դիտարկենք, թե ինչ ուժեր են գործում ձողի վրա: Նախ, ձգողականության բաղադրիչը սահող մակերեսի երկայնքով դեպի ներքև ուղղված է: Այն հավասար է՝
F=mgsin(α)
Երկրորդ, հարթության երկայնքով դեպի վեր է գործում մշտական շփման ուժ, որն ուղղված է մարմնի արագացման վեկտորի դեմ: Այն կարող է որոշվել բանաձևով.
Ft=μtN=μtmgcos (ա)
Այնուհետև Նյուտոնի օրենքը a արագացումով շարժվող գծի համար կունենա հետևյալ ձևը՝
ma=mgsin(α) - μtmgcos(α)=>
a=gsin(α) - μtgcos(α)
Տվյալները փոխարինելով հավասարությամբ՝ մենք ստանում ենք, որ a=2,81 մ/վ2: Նկատի ունեցեք, որ հայտնաբերված արագացումը կախված չէ բարի զանգվածից։
