Sürtünme Kuvveti ve Değişkenleri

Konu Anlatımı - Konu Anlatımı ve sosyal içerik platformu

Temas eden yüzeyler birbiri üzerinden kayarak hareket ettirilmeye çalışıldığında ortaya çıkan kuvvete sürtünme kuvveti denir. Sürtünme kuvveti vektörel bir büyüklüktür, f_s ile gösterilir ve birimi Newton (N)’dur. Sürtünme kuvvetinin yönü genellikle hareketin veya hareket ihtimalinin olduğu yönün tersidir.

Sürtünme kuvvetinin büyüklüğünü yüzeyleri birbirine bastıran kuvvet ile yüzeyin cinsi belirler. Bir taşın buz üzerindeki hareketi ile beton üzerindeki hareketinin farklılığı yüzeyin cinsinden kaynaklanır. Üzerinde mobilya olan bir halıyı hareket ettirmek için gereken kuvvetle, üzeri boş bir halıyı hareket ettirmek için gereken kuvvetin farklı olması da halıyı zemine bastıran kuvvetin farklılığındandır.

Şekildeki kişi sandığı hareket ettirmek için kuvvet uyguladığında zemin de sandığın hareketini engellemek için zıt yönde kuvvet uygulamaktadır F>f_s şartı sağlanmadan cisim hareket edemez. (Kuvvet diyagramında tüm kuvvetler gösterilmemiştir.)

Durgun cisme uygulanan sürtünme kuvveti ile hareketli cisme uygulanan sürtünme kuvveti aynı değildir. Cisim harekete başlamadan önceki sürtünme kuvvetine statik sürtünme kuvveti (f_s); hareket başladıktan sonraki sürtünme kuvvetine ise kinetik sürtünme kuvveti (f_k) denir. Kinetik sürtünme kuvveti statik sürtünme kuvvetinden daima daha küçüktür (f_k<f_s).

Uygulanan kuvvet arttıkça sürtünme kuvveti de artmakta, hareket başladıktan sonra azalıp f_k değerinde sabitlenmektedir.

Sürtünme kuvvetinin büyüklüğü lf_sl cisimle zeminin birbirine sıkıştırılmasını sağlayan yüzey tepki kuvveti N ile doğru orantılıdır. Tepki kuvveti “normal” gibi yüzeye her zaman dik doğrultudadır. Bu yüzden N ile gösterilir ve kuvvet birimi olan N ile karıştırılmamalıdır. Sürtünme kuvvetini belirleyen diğer değişken ise sürtünme katsayısıdır. Sürtünme katsayısı birimsiz bir niceliktir ve yüzeyin cinsine göre değişir. Sürtünme katsayısı cisim durgunken statik (k_s ), hareketli iken kinetik (k_k ) sürtünme katsayısı ismini alır. İşlemlerde bu durum dikkate alınarak kullanılır.

Sürtünme kuvveti yüzeyin tepki kuvveti N ve sürtünme katsayısı k ile doğru orantılı olacağından matematiksel modeli, olur.

Bazı Maddeler Arasındaki Sürtünme Katsayıları Tablosu

Yüzeylerin Cinsi	k_s	k_k
kuru beton üzerinde plastik	0,90	0,70
ıslak beton üzerinde plastik	0,70	0,50
kar üzerinde tahta	0,08	0,06
teflon üzerinde çelik	0,04	0,04
çelik üzerinde çelik	0,75	0,57
buz üzerinde çelik	0,02	0,01
tahta üzerinde tahta	0,70	0,40
metal üzerinde metal (yağlı)	0,10	0,07
cam üzerinde cam	0,90	0,40

Bazı Maddeler Arasındaki Sürtünme Katsayıları Tablosu

Yeryüzündeki olağan hareketlerimiz sürtünme kuvveti sayesinde yapılabilmektedir. Mesela yürürken zemin yatay doğrultuda sürtünme kuvveti uygulamasa ayakta bile durulamaz. Sürtünme kuvveti olmadan elinize bir cismi almak isteseniz elinizden kayıp düşer, tutamazsınız. Özetle tutma, çekme, bastırma, taşıma gibi tüm etkinlikler sürtünme kuvveti sayesinde amacına ulaşabilmektedir. Bu sayılanlar sürtünme kuvvetinin günlük hayattaki kolaylaştırıcı etkileridir.

Sürtünme kuvvetinin çalışan makine parçalarının aşınması gibi sorun olduğu durumlar da vardır. Bunu engellemek için rulman, yağlama ve parça değişimi maliyetleri oluşur. Kıyafetler kullanıldıkça aşınır ve eskir, araçların yol ve hava ile sürtünmeleri enerji kaybına neden olur. Öyle ya da böyle sürtünme kuvveti evrenin vazgeçilmezidir. Amaca göre özel malzemeler üreterek bazen yüksek sürtünmeli bazen neredeyse sürtünmesiz yüzeyler üretilmektedir.

Birbiri üzerinde kayarak hareket eden nesnelere etkiyen sürtünme kuvvetine değinilmiştir. Yuvarlanan cisimler, örneğin bir otomobilin lastiği dönerek ilerlerken yola temas noktasına etki eden sürtünme kuvveti, aracın ivme vektörünün yönüne göre değişmektedir. Otomobilin ileri yönde hızlanabilmesi için lastiklerin yeri, geri yönde itmesi gerekir. Yol tarafından otomobilin lastiğine ileri yönde kuvvet uygulanır.