Daya geseran ialah kuantiti fizikal yang menghalang sebarang pergerakan badan. Ia berlaku, sebagai peraturan, apabila badan bergerak dalam bahan pepejal, cecair dan gas. Pelbagai jenis daya geseran memainkan peranan penting dalam kehidupan manusia, kerana ia menghalang peningkatan kelajuan badan yang berlebihan.
Pengkelasan daya geseran
Dalam kes umum, semua jenis daya geseran diterangkan oleh tiga jenis: daya geseran gelongsor, bergolek dan rehat. Yang pertama adalah statik, dua lagi adalah dinamik. Geseran semasa rehat menghalang badan daripada mula bergerak, seterusnya apabila menggelongsor, geseran wujud apabila badan bergesel dengan permukaan badan lain semasa pergerakannya. Geseran bergolek berlaku apabila objek bulat bergerak. Mari kita ambil contoh. Contoh menarik bagi jenis (daya geseran bergolek) ialah pergerakan roda kereta di atas asf alt.
Sifat daya geseran ialah wujudnya ketidaksempurnaan mikroskopik antara permukaan gosokan dua jasad. Atas sebab ini, daya yang terhasil bertindak ke atasobjek yang bergerak atau mula bergerak, terdiri daripada jumlah daya tindak balas normal sokongan N, yang diarahkan berserenjang dengan permukaan badan yang bersentuhan, dan daya geseran F. Yang terakhir diarahkan selari dengan permukaan sentuhan dan bertentangan dengan pergerakan badan.
Geseran antara dua pepejal
Apabila mempertimbangkan isu jenis daya geseran yang berbeza, corak berikut diperhatikan untuk dua jasad pepejal:
- Daya geseran diarahkan selari dengan permukaan sokongan.
- Pekali geseran bergantung pada sifat permukaan yang bersentuhan, serta pada keadaannya.
- Daya geseran maksimum adalah berkadar terus dengan daya biasa atau tindak balas sokongan yang bertindak antara permukaan sentuhan.
- Untuk jasad yang sama, daya geseran lebih besar sebelum jasad mula bergerak dan kemudian berkurangan apabila badan mula bergerak.
- Pekali geseran tidak bergantung pada kawasan sentuhan, dan ia boleh dikatakan tidak bergantung pada kelajuan gelongsor.
Undang-undang
Merumuskan bahan eksperimen tentang undang-undang gerakan, kami telah menetapkan undang-undang asas berikut berkenaan geseran:
- Kerintangan gelongsor antara dua jasad adalah berkadar dengan daya biasa yang bertindak di antara mereka.
- Ketahanan pergerakan antara badan bergesel tidak bergantung pada kawasan sentuhan di antara mereka.
Untuk menunjukkan undang-undang kedua, kita boleh memberikan contoh berikut: jika anda mengambil bongkah dan menggerakkannya dengan menggelongsor di permukaan, maka daya yang diperlukan untuk pergerakan sedemikianakan sama apabila bongkah terletak di permukaan dengan sisi yang panjang, dan apabila ia berdiri dengan hujungnya.
Undang-undang berkenaan pelbagai jenis daya geseran dalam fizik ditemui pada penghujung abad ke-15 oleh Leonard da Vinci. Kemudian mereka dilupakan untuk masa yang lama, dan hanya pada tahun 1699 mereka ditemui semula oleh jurutera Perancis Amonton. Sejak itu, undang-undang geseran membawa namanya.
Mengapakah daya geseran lebih besar daripada daya gelongsor semasa diam?
Apabila mempertimbangkan beberapa jenis daya geseran (rehat dan gelongsor), perlu diperhatikan bahawa daya geseran statik sentiasa kurang daripada atau sama dengan hasil darab pekali geseran statik dan daya tindak balas sokongan. Pekali geseran ditentukan secara eksperimen untuk bahan gosokan ini dan dimasukkan dalam jadual yang sesuai.
Daya dinamik dikira dengan cara yang sama seperti daya statik. Hanya dalam kes ini, pekali geseran digunakan khusus untuk gelongsor. Pekali geseran biasanya dilambangkan dengan huruf Yunani Μ (mu). Oleh itu, formula am untuk kedua-dua daya geseran ialah: Ftr=ΜN, dengan N ialah daya tindak balas sokongan.
Sifat perbezaan antara jenis daya geseran ini belum ditentukan dengan tepat. Walau bagaimanapun, kebanyakan saintis percaya bahawa daya geseran statik adalah lebih besar daripada itu untuk gelongsor, kerana apabila jasad berada dalam keadaan rehat relatif antara satu sama lain untuk beberapa waktu, ikatan ionik atau gabungan mikro titik individu permukaan boleh terbentuk di antara permukaannya. Faktor-faktor ini menyebabkan peningkatan statikpenunjuk.
Contoh beberapa jenis daya geseran dan manifestasinya ialah omboh dalam silinder enjin kereta, yang "dipateri" ke silinder jika enjin tidak hidup dalam masa yang lama.
Badan gelongsor mendatar
Mari kita dapatkan persamaan gerakan untuk jasad yang, di bawah tindakan daya luar Fdalam, mula bergerak di sepanjang permukaan dengan menggelongsor. Dalam kes ini, daya berikut bertindak ke atas badan:
- Fv – daya luaran;
- Ftr – daya geseran yang bertentangan arah dengan daya Fv;
- N ialah daya tindak balas sokongan, yang sama dalam nilai mutlak dengan berat badan P dan diarahkan ke permukaan, iaitu, pada sudut tepat kepadanya.
Dengan mengambil kira arah semua daya, kami menulis hukum kedua Newton untuk kes gerakan ini: Fv - Ftr=ma, di mana m - jisim badan, a - pecutan pergerakan. Mengetahui bahawa Ftr=ΜN, N=P=mg, dengan g ialah pecutan jatuh bebas, kita dapat: Fv – Μmg=ma. Dari mana, menyatakan pecutan dengan mana badan gelongsor bergerak, kita dapat: a=F dalam / m – Μg.
Pergerakan badan tegar dalam cecair
Apabila mempertimbangkan jenis daya geseran yang wujud, seseorang harus menyebut fenomena penting dalam fizik, iaitu perihalan bagaimana jasad pepejal bergerak dalam cecair. Dalam kes ini, kita bercakap tentang geseran aerodinamik, yang ditentukan bergantung pada kelajuan badan dalam bendalir. Terdapat dua jenis pergerakan:
- Bilabadan tegar bergerak pada kelajuan rendah, seseorang bercakap tentang gerakan laminar. Daya geseran dalam gerakan laminar adalah berkadar dengan halaju. Contohnya ialah hukum Stokes untuk badan sfera.
- Apabila pergerakan badan dalam bendalir berlaku pada kelajuan yang lebih tinggi daripada nilai ambang tertentu, maka vorteks daripada aliran bendalir mula muncul di sekeliling badan. Pusaran ini menghasilkan daya tambahan yang menghalang pergerakan, dan akibatnya, daya geseran adalah berkadar dengan kuasa dua kelajuan.
Sifat daya geseran bergolek
Apabila bercakap tentang jenis daya geseran, adalah kebiasaan untuk memanggil daya geseran bergolek sebagai jenis ketiga. Ia menunjukkan dirinya apabila badan bergolek di atas permukaan tertentu dan ubah bentuk badan ini dan permukaan itu sendiri berlaku. Iaitu, dalam kes badan dan permukaan yang benar-benar tidak boleh ubah bentuk, tidak ada gunanya bercakap tentang daya geseran bergolek. Mari lihat lebih dekat.
Konsep pekali geseran gelek adalah serupa dengan gelongsor. Memandangkan tiada gelinciran antara permukaan badan semasa bergolek, pekali geseran bergolek adalah jauh lebih rendah daripada gelongsor.
Faktor utama yang mempengaruhi pekali ialah histerisis tenaga mekanikal untuk jenis daya geseran bergolek. Khususnya, roda, bergantung pada bahan dari mana ia dibuat, serta pada beban yang dibawanya, berubah bentuk secara elastik semasa pergerakan. Kitaran berulang ubah bentuk anjal membawa kepada pemindahan sebahagian daripada tenaga mekanikal kepada tenaga haba. Selain itu, disebabkankerosakan, sentuhan roda dan permukaan sudah mempunyai beberapa kawasan sentuhan terhingga.
formula daya geseran bergolek
Jika kita menggunakan ungkapan untuk momen daya yang memutarkan roda, maka kita boleh mendapatkan bahawa daya geseran bergolek ialah Ftr.k.=Μ k N / R, di sini N ialah tindak balas sokongan, R ialah jejari roda, Μк – pekali geseran bergolek. Oleh itu, daya geseran bergolek adalah berkadar songsang dengan jejari, yang menerangkan kelebihan roda besar berbanding roda kecil.
Perkadaran songsang daya ini dengan jejari roda menunjukkan bahawa dalam kes dua roda berjejari berbeza yang mempunyai jisim yang sama dan diperbuat daripada bahan yang sama, roda dengan jejari yang lebih besar adalah lebih mudah untuk berganjak.
Nisbah guling
Selaras dengan formula untuk jenis daya geseran ini, kami memperoleh bahawa pekali geseran bergolek Μk mempunyai dimensi panjang. Ia bergantung terutamanya pada sifat badan yang menghubungi. Nilai, yang ditentukan oleh nisbah pekali geseran bergolek kepada jejari, dipanggil pekali bergolek, iaitu, Ck=Μk / R ialah kuantiti tanpa dimensi.
Pekali gulung Ck adalah jauh lebih rendah daripada pekali geseran gelongsor Μtr. Oleh itu, apabila menjawab soalan jenis daya geseran yang paling kecil, kita boleh memanggil daya geseran bergolek dengan selamat. Terima kasih kepada fakta ini, penciptaan roda dianggap sebagai langkah penting dalam kemajuan teknologi.kemanusiaan.
Nisbah guling adalah khusus sistem dan bergantung pada faktor berikut:
- kekerasan roda dan permukaan (semakin kecil ubah bentuk badan yang berlaku semasa pergerakan, semakin rendah pekali gelek);
- jejari roda;
- berat yang bertindak pada roda;
- sentuh kawasan permukaan dan bentuknya;
- kelikatan pada kawasan sentuhan antara roda dan permukaan;
- suhu badan
