Շփումը մի երեւույթ է, որին մենք մշտապես հանդիպում ենք առօրյա կյանքում: Անհնար է որոշել՝ շփումը վնասակար է, թե օգտակար։ Սայթաքուն սառույցի վրա անգամ քայլ անելը բարդ խնդիր է թվում, ասֆալտի կոպիտ մակերեսով քայլելը հաճույք է։ Առանց քսման մեքենաների մասերը շատ ավելի արագ են մաշվում։
Շփման ուսումնասիրությունը, դրա հիմնական հատկությունների իմացությունը թույլ է տալիս մարդուն օգտագործել այն:
Շփման ուժը ֆիզիկայում
Մի մարմնի շարժումից կամ շարժման փորձից առաջացող ուժը մյուսի մակերևույթի վրա՝ ուղղված շարժման ուղղությանը, որը կիրառվում է շարժվող մարմինների վրա, կոչվում է շփման ուժ։ Շփման ուժի մոդուլը, որի բանաձևը կախված է բազմաթիվ պարամետրերից, տատանվում է կախված դիմադրության տեսակից:
Տարբերում են շփման հետևյալ տեսակները՝
• հանգիստ;
• սայթաքել;
• գլորում.
Ծանր առարկան (պահարան, քար) տեղից տեղափոխելու ցանկացած փորձ հանգեցնում է մարդու ուժի լարման։ Միևնույն ժամանակ, միշտ չէ, որ հնարավոր է օբյեկտը շարժման մեջ դնել: Հանգստի շփումը խանգարում է դրան:
Հանգիստ վիճակ
Ստատիկ շփման ուժի հաշվարկման բանաձևթույլ չի տալիս մեզ այն բավական ճշգրիտ որոշել։ Նյուտոնի երրորդ օրենքի ուժով ստատիկ դիմադրության ուժի մեծությունը կախված է կիրառվող ուժից։
Ինչպես ուժը մեծանում է, այնքան մեծանում է շփման ուժը:
0 < Fհանգստի խնդիր < Fառավելագույն
Հանգիստ շփումը կանխում է փայտի մեջ խրված եղունգների ընկնելը. թելով կարված կոճակները ամուր պահվում են տեղում։ Հետաքրքիր է, որ հենց հանգստի դիմադրությունն է թույլ տալիս մարդուն քայլել։ Ավելին, այն ուղղված է մարդու շարժման ուղղությամբ, ինչը հակասում է գործերի ընդհանուր վիճակին։
Սահող երեւույթ
Երբ մարմինը շարժող արտաքին ուժը մեծանում է մինչև ամենամեծ ստատիկ շփման ուժի արժեքը, այն սկսում է շարժվել: Սահող շփման ուժը համարվում է մի մարմին մյուսի մակերեսի վրա սահելու գործընթացում։ Դրա արժեքը կախված է փոխազդող մակերեսների հատկություններից և մակերեսի վրա ուղղահայաց գործողության ուժից։
Սահող շփման ուժի հաշվարկման բանաձև՝ F=ΜP, որտեղ Μ-ը համաչափության գործակիցն է (սահող շփում), P՝ ուղղահայաց (նորմալ) ճնշման ուժը։
Շարժիչ ուժերից մեկը սահող շփման ուժն է, որի բանաձևը գրված է հենարանի արձագանքման ուժի միջոցով։ Նյուտոնի երրորդ օրենքի կատարման շնորհիվ նորմալ ճնշման ուժերը և հենարանի արձագանքը նույնն են մեծությամբ և հակառակ ուղղությամբ՝ Р=N.
Նախքան շփման ուժը գտնելը, որի բանաձևը այլ ձև է ընդունում (F=M N), որոշեք ռեակցիայի ուժը։
Սահման դիմադրության գործակիցը փորձնականորեն ներդրվում է երկու քսվող մակերեսների համար՝ կախված դրանց մշակման որակից և նյութից։
Սեղան. Դիմադրության գործակիցի արժեքը տարբեր մակերեսների համար
| pp | Փոխազդող մակերեսներ | Սահող շփման գործակիցի արժեքը |
| 1 | Պողպատ+սառույց | 0, 027 |
| 2 | Կաղնու+կաղնու | 0, 54 |
| 3 | Կաշի+չուգուն | 0, 28 |
| 4 | Բրոնզ+երկաթ | 0, 19 |
| 5 | Բրոնզ+չուգուն | 0, 16 |
| 6 | Պողպատ+պողպատ | 0, 15 |
Ստատիկ շփման ուժը, որի բանաձևը գրված է վերևում, կարող է որոշվել այնպես, ինչպես սահող շփման ուժը:
Սա կարևոր է դառնում շարժիչ դիմադրության ուժը որոշելու համար խնդիրներ լուծելիս: Օրինակ, գիրքը, որը շարժվում է վերևից սեղմված ձեռքով, սահում է մնացած դիմադրության ուժի ազդեցության տակ, որն առաջանում է ձեռքի և գրքի միջև: Դիմադրության մեծությունը կախված է գրքի վրա ուղղահայաց ճնշման ուժի արժեքից:
Գլորվող երեւույթ
Մեր պապերի անցումը քարշակներից կառքերին համարվում է հեղափոխական. Անիվի գյուտը մարդկության ամենամեծ գյուտն է։Գլորվող շփումը, որը տեղի է ունենում, երբ անիվը շարժվում է մակերևույթի վրայով, մեծությամբ զգալիորեն զիջում է սահող դիմադրությանը:
Գլորվող շփման ուժերի առաջացումը կապված է մակերեսի վրա անիվի նորմալ ճնշման ուժերի հետ, ունի այնպիսի բնույթ, որը տարբերում է այն սահումից: Անիվի աննշան դեֆորմացիայի պատճառով ձևավորված տարածքի կենտրոնում և դրա եզրերի երկայնքով առաջանում են ճնշման տարբեր ուժեր։ Ուժերի այս տարբերությունը որոշում է գլորման դիմադրության առաջացումը:
Գլորվող շփման ուժի հաշվարկման բանաձևը սովորաբար ընդունվում է սահող գործընթացի նմանությամբ: Տարբերությունը երևում է միայն ձգման գործակիցի արժեքներում։
Դիմադրության բնույթը
Երբ փոխվում է քսվող մակերեսների կոշտությունը, փոխվում է նաև շփման ուժի արժեքը։ Բարձր խոշորացման դեպքում երկու մակերևույթները, որոնք շփվում են, նման են սուր գագաթներով բշտիկների: Երբ վերադրվում են, դա մարմնի դուրս ցցված մասերն են, որոնք շփվում են միմյանց հետ: Շփման ընդհանուր տարածքը աննշան է: Մարմինները տեղափոխելիս կամ տեղափոխելիս «գագաթները» դիմադրություն են ստեղծում։ Շփման ուժի մեծությունը կախված չէ շփման մակերեսների մակերեսից։
Թվում է, որ երկու կատարյալ հարթ մակերեսները բացարձակապես ոչ մի դիմադրություն չպետք է ունենան: Գործնականում շփման ուժն այս դեպքում առավելագույնն է։ Այս անհամապատասխանությունը բացատրվում է ուժերի ծագման բնույթով։ Սրանք էլեկտրամագնիսական ուժեր են, որոնք գործում են փոխազդող մարմինների ատոմների միջև:
Մեխանիկական գործընթացները, որոնք բնության մեջ չեն ուղեկցվում շփումով, անհնար են, քանի որ «անջատելու» ունակությունը.լիցքավորված մարմինների միջև էլեկտրական փոխազդեցություն չկա: Դիմադրության ուժերի անկախությունը մարմինների փոխադարձ դիրքից թույլ է տալիս դրանք անվանել ոչ պոտենցիալ։
Հետաքրքիր է, որ շփման ուժը, որի բանաձևը փոխվում է՝ կախված փոխազդող մարմինների արագությունից, համաչափ է համապատասխան արագության քառակուսու հետ։ Այս ուժը ներառում է հեղուկի մածուցիկ դիմադրության ուժը։
Շարժում հեղուկում և գազում
Պինդ մարմնի շարժումը հեղուկի կամ գազի, հեղուկի մեջ պինդ մակերեսի մոտ ուղեկցվում է մածուցիկ դիմադրությամբ։ Դրա առաջացումը կապված է շարժման գործընթացում պինդ մարմնի կողմից ներքաշված հեղուկ շերտերի փոխազդեցության հետ: Շերտերի տարբեր արագությունները մածուցիկ շփման աղբյուր են: Այս երեւույթի առանձնահատկությունը հեղուկ ստատիկ շփման բացակայությունն է։ Անկախ արտաքին ազդեցության մեծությունից՝ մարմինը սկսում է շարժվել հեղուկի մեջ։
Կախված շարժման արագությունից՝ դիմադրության ուժը որոշվում է շարժման արագությամբ, շարժվող մարմնի ձևով և հեղուկի մածուցիկությամբ։ Նույն մարմնի ջրի և յուղի մեջ շարժումն ուղեկցվում է տարբեր մեծության դիմադրությամբ։
Ցածր արագությունների դեպքում՝ F=kv, որտեղ k-ը համաչափության գործակիցն է՝ կախված մարմնի գծային չափերից և միջավայրի հատկություններից, v՝ մարմնի արագությունն է։
Հեղուկի ջերմաստիճանը նույնպես ազդում է դրա մեջ շփման վրա։ Ցրտաշունչ եղանակին մեքենան տաքացնում են այնպես, որ յուղը տաքանա (նրա մածուցիկությունը նվազում է) և օգնում է նվազեցնել շարժիչի մասերի քայքայումը շփման մեջ։
Շարժման արագություն
Մարմնի արագության զգալի աճը կարող է առաջացնել տուրբուլենտ հոսքերի տեսք, մինչդեռ դիմադրությունը կտրուկ մեծանում է: Արժեքներն են՝ շարժման արագության քառակուսին, միջավայրի խտությունը և մարմնի մակերեսը։ Շփման ուժի բանաձևը ստանում է այլ ձև՝
F=kv2, որտեղ k-ը համաչափության գործակիցն է՝ կախված մարմնի ձևից և միջավայրի հատկություններից, v-ն մարմնի արագությունն է:
Եթե մարմինը հարթեցված է, ապա տուրբուլենտությունը կարող է կրճատվել: Դելֆինների և կետերի մարմնի ձևը բնության օրենքների կատարյալ օրինակ է, որոնք ազդում են կենդանիների արագության վրա:
Էներգետիկ մոտեցում
Մարմնի շարժման աշխատանքը կատարելուն խանգարում է շրջակա միջավայրի դիմադրությունը։ Էներգիայի պահպանման օրենքը օգտագործելիս ասում են, որ մեխանիկական էներգիայի փոփոխությունը հավասար է շփման ուժերի աշխատանքին։
Ուժի աշխատանքը հաշվարկվում է բանաձևով. A=Fscosα, որտեղ F ուժն է, որով մարմինը շարժվում է s հեռավորության վրա, α՝ ուժի և տեղաշարժի ուղղությունների միջև ընկած անկյունը:
Ակնհայտ է, որ դիմադրության ուժը հակառակ է մարմնի շարժմանը, որտեղից cosα=-1: Շփման ուժի աշխատանքը, որի բանաձեւն է՝ Atr=- Fs, արժեքը բացասական է։ Այս դեպքում մեխանիկական էներգիան վերածվում է ներքին էներգիայի (դեֆորմացիա, տաքացում):
