स्थैतिक घर्षण बल किस पर कार्य करता है? घर्षण बल। तरल पदार्थ और गैसों में चिपचिपा घर्षण

सभी जानते हैं कि किसी भी सतह पर भारी वस्तुओं को हिलाना कितना कठिन होता है। यह इस तथ्य के कारण है कि एक ठोस शरीर की सतह पूरी तरह से चिकनी नहीं होती है और इसमें कई सेरेशन होते हैं (उनके पास है कई आकार, जो पीसने के दौरान घट जाती है)। जब दो शरीर संपर्क में आते हैं, तो खांचे आपस में जुड़ जाते हैं। एक छोटे से बल (एफ) को निकायों में से एक पर लागू होने दें, जो स्पर्शरेखा से संपर्क सतहों पर निर्देशित हो। इस बल के प्रभाव में, खांचे ख़राब (मोड़) होंगे। इसलिए, संपर्क सतहों के साथ निर्देशित एक लोचदार बल होगा। शरीर पर कार्य करने वाला लोचदार बल, जिस पर बल F लगाया जाता है, इसकी भरपाई करता है और शरीर आराम पर रहेगा।

स्थिर घर्षण बल – उनके सापेक्ष गति के अभाव में सन्निहित निकायों की सीमा पर उत्पन्न होने वाला बल.

स्थैतिक घर्षण बल को F के विपरीत दिशा में संपर्क (चित्र 10) में पिंडों की सतह पर स्पर्शरेखा के रूप में निर्देशित किया जाता है, और परिमाण में इसके बराबर होता है: Ftr = - F।

बल मापांक एफ में वृद्धि के साथ, झुके हुए खांचे का झुकना बढ़ जाएगा और अंत में, वे टूटना शुरू हो जाएंगे और शरीर हिलना शुरू हो जाएगा।

स्लाइडिंग घर्षण बल – वह बल है जो उनके सापेक्ष गति के दौरान संपर्क निकायों की सीमा पर होता है.

स्लाइडिंग घर्षण बल वेक्टर उस सतह के सापेक्ष शरीर के वेग वेक्टर के विपरीत निर्देशित होता है जिस पर वह स्लाइड करता है।

एक ठोस सतह पर फिसलने वाले शरीर को सामान्य के साथ निर्देशित गुरुत्वाकर्षण बल पी द्वारा इसके खिलाफ दबाया जाता है। नतीजतन, सतह sags और एक लोचदार बल N प्रकट होता है (सामान्य दबाव बल या समर्थन प्रतिक्रिया), जो दबाव बल P (N = - P) के लिए क्षतिपूर्ति करता है।

बल एन जितना अधिक होगा, पायदानों का जुड़ाव उतना ही गहरा होगा और उन्हें तोड़ना उतना ही कठिन होगा। अनुभव से पता चलता है कि फिसलने वाले घर्षण बल का मापांक सामान्य दबाव के बल के समानुपाती होता है:

आयाम रहित गुणांक μ को फिसलने वाले घर्षण का गुणांक कहा जाता है। यह संपर्क सतहों की सामग्री और उनके पीसने की डिग्री पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, स्कीइंग करते समय, घर्षण का गुणांक स्नेहक (आधुनिक महंगा स्नेहक) की गुणवत्ता पर निर्भर करता है, स्की ट्रैक की सतह (मुलायम, ढीली, कॉम्पैक्ट, बर्फीली), बर्फ की एक या दूसरी स्थिति, तापमान पर निर्भर करता है और हवा की नमी, आदि। एक बड़ी संख्या कीपरिवर्तनशील कारक गुणांक को ही अस्थिर बनाते हैं। यदि घर्षण का गुणांक 0.045 - 0.055 के बीच है, तो फिसलन अच्छी मानी जाती है।

तालिका विभिन्न संपर्क निकायों के लिए फिसलने वाले घर्षण के गुणांक के मूल्यों को दर्शाती है।

विभिन्न मामलों के लिए फिसलने वाले घर्षण के गुणांक

कई मामलों में घर्षण बल की भूमिका सकारात्मक होती है। इस बल के लिए धन्यवाद है कि मनुष्य, जानवरों और जानवरों की आवाजाही संभव है। भूमि परिवहन. इसलिए, चलते समय, एक व्यक्ति, सहायक पैर की मांसपेशियों को तनाव देता है, जमीन से धक्का देता है, एकमात्र पीछे हटने की कोशिश करता है। इसमें निर्देशित स्थैतिक घर्षण बल द्वारा इसे रोका जाता है विपरीत पक्ष- आगे (चित्र 11)।

« भौतिकी - ग्रेड 10 "

याद रखें कि घर्षण क्या है।
कौन से कारक इसका कारण बनते हैं?
धक्का देने के बाद बार की मेज पर गति की गति क्यों बदल जाती है?

एक अन्य प्रकार का बल जिससे यांत्रिकी में निपटा जाता है वह घर्षण बल है। ये बल प्रत्यक्ष संपर्क में पिंडों की सतहों के साथ कार्य करते हैं।

घर्षण बल सभी मामलों में संपर्क में निकायों की सापेक्ष गति को रोकते हैं। कुछ परिस्थितियों में घर्षण बल इस गति को असंभव बना देते हैं। हालांकि, वे न केवल शरीर की गति को धीमा करते हैं। व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण कई मामलों में, घर्षण बलों की कार्रवाई के बिना किसी पिंड की गति उत्पन्न नहीं हो सकती थी।

ठोसों की संपर्क सतहों की आपेक्षिक गति से उत्पन्न घर्षण कहलाता है शुष्क घर्षण.

शुष्क घर्षण तीन प्रकार के होते हैं: स्थैतिक घर्षण, फिसलन घर्षण और रोलिंग घर्षण।

विश्राम का घर्षण।

मेज पर पड़ी किसी मोटी किताब को अपनी उंगली से हिलाने की कोशिश करो। आपने मेज की सतह के साथ उस पर कुछ बल लगाया है, और पुस्तक विराम में है। इसलिए, पुस्तक और मेज की सतह के बीच एक बल है जो उस बल के विरुद्ध निर्देशित होता है जिसके साथ आप पुस्तक पर कार्य करते हैं, और निरपेक्ष मूल्य में इसके बराबर होता है। यह घर्षण बल टीपी है। आप पुस्तक को अधिक बल के साथ धकेलते हैं, लेकिन वह फिर भी अपनी जगह पर रहती है। इसका मतलब है कि घर्षण बल tp उसी मात्रा से बढ़ता है।

एक दूसरे के सापेक्ष स्थिर दो पिंडों के बीच कार्य करने वाले घर्षण बल को बल कहा जाता है स्थैतिक घर्षण.

यदि किसी पिंड पर उस सतह के समानांतर बल लगाया जाता है जिस पर वह स्थित है, और पिंड गतिहीन रहता है, तो इसका मतलब है कि उस पर एक स्थिर घर्षण बल tp द्वारा कार्य किया जाता है, परिमाण में बराबर और विपरीत दिशा में निर्देशित होता है बल (चित्र 3.22)। इसलिए, स्थैतिक घर्षण बल उस पर कार्य करने वाले बल द्वारा निर्धारित किया जाता है:

यदि किसी पिंड पर आराम से काम करने वाला बल स्थैतिक घर्षण के अधिकतम बल से थोड़ा भी अधिक हो जाता है, तो पिंड फिसलने लगेगा।

घर्षण बल का अधिकतम मान जिस पर अभी तक फिसलन नहीं होती है, कहलाती है अधिकतम शक्तिस्थैतिक घर्षण.

अधिकतम स्थिर घर्षण बल निर्धारित करने के लिए, एक बहुत ही सरल, लेकिन बहुत सटीक, मात्रात्मक नियम नहीं है। मान लीजिए कि टेबल पर एक बार है जिसके साथ डायनेमोमीटर जुड़ा हुआ है। आइए पहला प्रयोग करते हैं। डायनेमोमीटर रिंग को खींचते हैं और अधिकतम स्थैतिक घर्षण बल का निर्धारण करते हैं। गुरुत्वाकर्षण बल m बार पर कार्य करता है, समर्थन की सामान्य प्रतिक्रिया का बल 1, तनाव बल 1, डायनेमोमीटर के स्प्रिंग्स और अधिकतम स्थिर घर्षण बल tr1 (चित्र। 3.23)।

आइए ब्लॉक पर उसी तरह का एक और रखें। मेज पर सलाखों का दबाव बल 2 गुना बढ़ जाएगा। न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार समर्थन 2 की सामान्य प्रतिक्रिया का बल भी 2 गुना बढ़ जाएगा। यदि हम फिर से अधिकतम स्थिर घर्षण बल को मापते हैं, तो हम देखेंगे कि यह बल 2 की तुलना में कई गुना बढ़ गया है, यानी 2 गुना।

बार की संख्या में वृद्धि करना और हर बार अधिकतम स्थिर घर्षण बल को मापना, हम यह सुनिश्चित करेंगे

> स्थैतिक घर्षण बल के मापांक का अधिकतम मूल्य समर्थन की सामान्य प्रतिक्रिया के बल के मापांक के समानुपाती होता है।

यदि हम F tr के माध्यम से अधिकतम स्थैतिक घर्षण बल के मॉड्यूल को निरूपित करते हैं। मैक्स, तो हम लिख सकते हैं:

एफ ट्र। अधिकतम = μN (3.11)

जहाँ μ एक आनुपातिकता कारक है, जिसे घर्षण का गुणांक कहा जाता है। घर्षण गुणांक दोनों घर्षण सतहों की विशेषता है और न केवल इन सतहों की सामग्री पर निर्भर करता है, बल्कि उनके प्रसंस्करण की गुणवत्ता पर भी निर्भर करता है। घर्षण का गुणांक प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाता है।

यह निर्भरता पहली बार फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी सी कूलम्ब द्वारा स्थापित की गई थी।

यदि हम बार को छोटे चेहरे पर रखते हैं, तो F tr। मैक्स नहीं बदलेगा।

अधिकतम स्थिर घर्षण बल निकायों के संपर्क क्षेत्र पर निर्भर नहीं करता है।

स्थिर घर्षण बल शून्य से μN के बराबर अधिकतम मान में भिन्न होता है। घर्षण बल क्या बदल सकता है?

यहाँ बात यह है। जब एक निश्चित बल शरीर पर कार्य करता है, तो यह थोड़ा (अस्पष्ट रूप से आंख के लिए) शिफ्ट हो जाता है, और यह बदलाव तब तक जारी रहता है जब तक कि सतहों का सूक्ष्म खुरदरापन एक दूसरे के सापेक्ष स्थित नहीं हो जाता है, ताकि एक के बाद एक पकड़ते हुए, वे आगे बढ़ें एक बल की उपस्थिति जो बल को संतुलित करती है। बल में वृद्धि के साथ, शरीर फिर से थोड़ा आगे बढ़ेगा ताकि सतह की छोटी से छोटी अनियमितताएं एक दूसरे से अलग तरीके से चिपकी रहें, और घर्षण बल में वृद्धि होगी।

और केवल जब > F tr. अधिकतम किसी भी परिस्थिति में नहीं तुलनात्मक स्थितिसतह खुरदरापन, घर्षण बल बल को संतुलित करने में सक्षम नहीं है, और फिसलन शुरू हो जाएगी।

अभिनय बल मापांक पर फिसलने वाले घर्षण बल मापांक की निर्भरता को चित्र 3.24 में दिखाया गया है।

चलते और दौड़ते समय, स्थैतिक घर्षण बल पैरों के तलवों पर कार्य करता है, जब तक कि पैर फिसले नहीं। यही बल कार के चालन पहियों पर कार्य करता है। स्थैतिक घर्षण बल भी चालित पहियों पर कार्य करता है, लेकिन पहले से ही गति को धीमा कर देता है, और यह बल महत्वपूर्ण है कम शक्तिड्राइव पहियों पर कार्य करना (अन्यथा कार शुरू नहीं हो पाएगी)।

लंबे समय तक, यह संदेह था कि स्टीम लोकोमोटिव चिकनी पटरियों पर चल सकता है। यह सोचा गया था कि चालित पहियों को ब्रेक लगाने वाला घर्षण ड्राइविंग पहियों पर अभिनय करने वाले घर्षण बल के बराबर होगा। उन्होंने ड्राइव पहियों को गियर बनाने और उनके लिए विशेष गियर रेल बिछाने का भी सुझाव दिया।

सर्पी घर्षण।

फिसलने पर, घर्षण बल न केवल रगड़ने वाली सतहों की स्थिति पर निर्भर करता है, बल्कि पिंडों की सापेक्ष गति पर भी निर्भर करता है, और गति पर यह निर्भरता काफी जटिल है। अनुभव से पता चलता है कि अक्सर (हालांकि हमेशा नहीं) फिसलने की शुरुआत में, जब सापेक्ष वेग अभी भी छोटा होता है, तो घर्षण बल अधिकतम स्थैतिक घर्षण बल से कुछ कम हो जाता है। तभी, जैसे-जैसे गति बढ़ती है, यह बढ़ती है और F tr से अधिक होने लगती है। अधिकतम।

आपने शायद ध्यान दिया होगा कि एक भारी वस्तु, जैसे कि एक बॉक्स को हिलाना मुश्किल होता है, और फिर इसे स्थानांतरित करना आसान हो जाता है। यह ठीक घर्षण बल में कमी के कारण होता है जब फिसलन कम गति से होती है (चित्र 3.24 देखें)।

संचलन की बहुत अधिक सापेक्ष गति नहीं होने पर, फिसलने वाला घर्षण बल अधिकतम स्थिर घर्षण बल से थोड़ा भिन्न होता है। इसलिए, इसे लगभग स्थिर और अधिकतम स्थिर घर्षण बल के बराबर माना जा सकता है:

एफ ट्र ≈ एफ ट्र। अधिकतम = μN।

स्नेहक के उपयोग से फिसलने वाले घर्षण के बल को कई गुना कम किया जा सकता है - अक्सर तरल की एक पतली परत (आमतौर पर किसी प्रकार का खनिज तेल) - रगड़ सतहों के बीच।

कोई भी आधुनिक मशीन, जैसे कार या ट्रैक्टर का इंजन, स्नेहन के बिना नहीं चल सकता। सभी मशीनों के डिजाइन में एक विशेष स्नेहन प्रणाली प्रदान की जाती है।

ठोस सतहों से सटी तरल परतों के बीच घर्षण शुष्क सतहों की तुलना में बहुत कम होता है।

रोलिंग घर्षण।

रोलिंग घर्षण बल फिसलने वाले घर्षण बल की तुलना में बहुत कम होता है, इसलिए किसी भारी वस्तु को रोल करने की तुलना में इसे स्थानांतरित करना बहुत आसान होता है।

घर्षण बल पिंडों के सापेक्ष वेग पर निर्भर करता है। गुरुत्वाकर्षण और लोच की ताकतों से इसका मुख्य अंतर है, जो केवल दूरियों पर निर्भर करता है।

तरल और गैसों में ठोस पिंडों की गति के दौरान प्रतिरोध बल।

जब कोई ठोस वस्तु किसी तरल या गैस में गति करती है, तो उस पर माध्यम का प्रतिरोध बल कार्य करता है। यह बल माध्यम के सापेक्ष शरीर की गति के विरुद्ध निर्देशित होता है और गति को धीमा कर देता है।

प्रतिरोध बल की मुख्य विशेषता यह है कि यह शरीर और पर्यावरण की सापेक्ष गति की उपस्थिति में ही प्रकट होता है।
द्रवों तथा गैसों में स्थैतिक घर्षण बल पूर्णतः अनुपस्थित होता है।

यह इस तथ्य की ओर जाता है कि हाथों के बल से एक भारी शरीर को स्थानांतरित करना संभव है, उदाहरण के लिए, एक तैरती हुई नाव, जबकि हाथों के बल पर एक ट्रेन को स्थानांतरित करना असंभव है।

प्रतिरोध बल F c का मापांक शरीर की सतह के आकार, आकार और स्थिति पर निर्भर करता है, उस माध्यम (तरल या गैस) के गुण जिसमें शरीर चलता है, और अंत में, शरीर के सापेक्ष वेग पर और माध्यम।

शरीर के सापेक्ष वेग के मॉड्यूल पर प्रतिरोध बल के मॉड्यूल की निर्भरता की अनुमानित प्रकृति चित्र 3.25 में दिखाई गई है। शून्य के बराबर सापेक्ष वेग पर, प्रतिरोध बल शरीर पर कार्य नहीं करता है (F c = 0)। जैसे-जैसे सापेक्ष गति बढ़ती है, प्रतिरोध बल पहले धीरे-धीरे बढ़ता है, और फिर तेज और तेज होता है। गति की कम गति पर, प्रतिरोध बल को माध्यम के सापेक्ष शरीर की गति के सीधे आनुपातिक माना जा सकता है:

एफ सी = के 1 υ, (3.12)

जहाँ k 1 - प्रतिरोध गुणांक, आकार, आकार, शरीर की सतह की स्थिति और माध्यम के गुणों के आधार पर - इसकी चिपचिपाहट। सैद्धांतिक रूप से किसी भी जटिल आकार के निकायों के लिए गुणांक k 1 की गणना करना संभव नहीं है, यह अनुभवजन्य रूप से निर्धारित होता है।

सापेक्ष गति की उच्च गति पर, ड्रैग बल गति के वर्ग के समानुपाती होता है:

एफ सी = के 2 υ 2 , υ, (3.13)

जहाँ k 2 k 1 के अलावा एक ड्रैग गुणांक है।

कौन से सूत्र - (3 12) या (3.13) - का उपयोग किसी विशेष मामले में अनुभवजन्य रूप से किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक यात्री कार के लिए, उच्च गति पर लगभग 60-80 किमी / घंटा पर पहला सूत्र लागू करना वांछनीय है, दूसरे सूत्र का उपयोग किया जाना चाहिए।

घर्षण बल (Ftr.) वह बल है जो तब उत्पन्न होता है जब दो पिंडों की सतहें संपर्क में आती हैं और उनकी आपेक्षिक गति को रोकती हैं। यह इन दो वस्तुओं के संपर्क के बिंदु पर परमाणुओं और अणुओं से उत्पन्न होने वाले विद्युत चुम्बकीय बलों के कारण प्रकट होता है।

गतिमान वस्तु को रोकने के लिए, बल को गति की दिशा के संबंध में विपरीत दिशा में कार्य करना चाहिए। उदाहरण के लिए, यदि आप किसी पुस्तक को टेबल के पार धकेलते हैं, तो वह हिलना शुरू कर देगी। जिस बल से आपने पुस्तक पर कार्य किया है, वह उसे गति देगा। पुस्तक फिसलती है, फिर धीमी हो जाती है और घर्षण बल के प्रभाव से रुक जाती है।

घर्षण बल की विशेषताएं

घर्षण, जिसका ऊपर उल्लेख किया गया था, जो वस्तुओं के हिलने पर स्वयं प्रकट होता है, बाहरी या शुष्क कहलाता है। लेकिन यह एक वस्तु (तरल या गैसीय) के भागों या परतों के बीच भी मौजूद हो सकता है, इस प्रकार को आंतरिक कहा जाता है।
मुख्य विशेषताआइए पिंडों की सापेक्ष गति की गति पर घर्षण की निर्भरता को कहते हैं।
अन्य विशिष्ट विशेषताएं हैं:

• सतहों द्वारा दो गतिमान पिंडों के संपर्क में होने की घटना;
• इसकी क्रिया संपर्क के क्षेत्र के समानांतर होती है;
• शरीर वेग वेक्टर के विपरीत निर्देशित;
• सतहों की गुणवत्ता (चिकनी या खुरदरी), परस्पर क्रिया करने वाली वस्तुओं पर निर्भर करती है;
• किसी गैस या तरल में गतिमान वस्तु का आकार या आकार घर्षण बल के परिमाण को प्रभावित करता है।

घर्षण के प्रकार

कई प्रकार हैं। आइए उनके मतभेदों को देखें। मेज पर फिसलने वाली पुस्तक फिसलने वाले घर्षण के अधीन है।

स्लाइडिंग घर्षण बल

जहाँ N समर्थन का प्रतिक्रिया बल है।

कुछ स्थितियों पर ध्यान दें:

यदि कोई व्यक्ति साइकिल चलाता है, तो पहिए के सड़क से संपर्क के दौरान जो घर्षण होता है, वह रोलिंग घर्षण है। इस प्रकार का बल फिसलने वाले घर्षण बल की तुलना में बहुत छोटा होता है।

रोलिंग घर्षण बल

इस प्रकार के बल के महत्वपूर्ण रूप से छोटे मूल्यों का उपयोग लोगों द्वारा उपकरणों के विभिन्न चलती भागों में पहियों, रोलर्स और बॉल बेयरिंग का उपयोग करके किया जाता है।

चार्ल्स ऑगस्टिन कूलम्ब ने घर्षण के सिद्धांत पर अपने काम में, रोलिंग घर्षण के बल की गणना करने का प्रस्ताव इस प्रकार दिया:

,
μ घर्षण का गुणांक है।
स्नेहन, अक्सर तरल की एक पतली परत के रूप में, घर्षण को कम करता है।
द्रव या गैसें विशेष माध्यम हैं जिनमें इस प्रकार का बल भी प्रकट होता है। इन माध्यमों में घर्षण केवल वस्तु की गति के दौरान प्रकट होता है। इन माध्यमों में स्थिर घर्षण बल के बारे में बात करना असंभव है।

तरल पदार्थ और गैसों में घर्षण बल

इस प्रकार के बल को माध्यम का प्रतिरोध बल कहते हैं। यह किसी वस्तु की गति को धीमा कर देता है। वस्तु का अधिक सुव्यवस्थित आकार ड्रैग फोर्स के परिमाण को प्रभावित करता है - यह काफी कम हो जाता है। इसलिए, जहाज निर्माण में, जहाजों या पनडुब्बियों के सुव्यवस्थित पतवारों का उपयोग किया जाता है।
माध्यम का प्रतिरोध बल इस पर निर्भर करता है:

• ज्यामितीय आयाम और वस्तु का आकार;
• एक तरल या गैसीय माध्यम की चिपचिपाहट;
• वस्तु की सतह की स्थिति;
• पर्यावरण के सापेक्ष किसी वस्तु की गति जिसमें वह स्थित है।

1. घर्षण बल तब होता है जब पिंड सीधे संपर्क में होते हैं और हमेशा संपर्क सतह के साथ निर्देशित होते हैं। स्थिर घर्षण बल तब उत्पन्न होता है जब एक निश्चित बल F आराम पर शरीर पर लगाया जाता है, जो शरीर को गति में सेट नहीं करता है। स्थैतिक घर्षण बल का मापांक लागू बल F के बराबर होता है और किसी पिंड पर लगाए गए बल के विपरीत निर्देशित होता है, जो किसी अन्य पिंड के साथ उसके संपर्क की सतह के समानांतर होता है।

2. क्या फर्श पर खड़ी मेज पर स्थैतिक घर्षण बल कार्य करता है?

2. नहीं, जब तक हम उस पर कोई बल F नहीं लगाते, जिससे हम उसे स्थानांतरित करना चाहते हैं।

3. दाब बल क्या है? क्या यह गुरुत्वाकर्षण होना है?

3. दबाव बल समर्थन का प्रतिक्रिया बल है, और यह हमेशा गुरुत्वाकर्षण बल के साथ मेल नहीं खाता है।

4. घर्षण गुणांक क्या है?

4. घर्षण गुणांक - विराम के घर्षण बल और सामान्य दबाव के बल के बीच आनुपातिकता का गुणांक।

5. एक व्यक्ति किताबों की अलमारी को धक्का देता है, लेकिन किताबों की अलमारी स्थिर रहती है। क्या यहां न्यूटन के दूसरे नियम का उल्लंघन नहीं हुआ है, जिसके अनुसार जिस पिंड पर बल लगाया जाता है, उसकी गति बदल जाती है?

5. नहीं, क्योंकि न्यूटन के नियम में, बल F शरीर पर कार्य करने वाले सभी बलों का परिणाम है। इस मामले में, कैबिनेट पर कार्य करने वाला बल स्थिर घर्षण बल द्वारा संतुलित होता है और परिणामी शून्य होता है, इसलिए, कैबिनेट का त्वरण और विस्थापन दोनों शून्य के बराबर होते हैं।