Сүрүлүү күчүнүн көрүнүшү ар бирибизге белгилүү. Чынында эле, күнүмдүк жашоодо кандайдыр бир кыймыл-аракет, мейли ал адамды басып, мейли транспорттук каражатты кыймылдатуу, бул күчтүн катышуусусуз мүмкүн эмес. Физикада сүрүлүү күчтөрүнүн үч түрүн изилдөө салтка айланган. Бул макалада биз алардын бирин карап чыгабыз, статикалык сүрүлүү деген эмне экенин билебиз.
Горизонталдык беттеги тилке
Статикалык сүрүлүү күчү деген эмне жана ал эмнеге барабар деген суроолорго жооп берүүдөн мурун, келгиле, горизонталдуу бетинде жаткан штангалуу жөнөкөй ишти карап көрөлү.
Келгиле, тилкеге кандай күчтөр таасир этээрин талдап көрөлү. Биринчиси - буюмдун өзүнүн салмагы. Аны P тамгасы менен белгилейли. Ал вертикалдуу ылдыйга багытталган. Экинчиден, бул N. таянычтын реакциясы. Ал вертикалдуу жогору карай багытталган. Каралып жаткан иш үчүн Ньютондун экинчи мыйзамы төмөнкү формада жазылат:
ma=P - N.
Бул жерде минус белгиси салмактын жана колдоо реакциясынын векторлорунун карама-каршы багыттарын чагылдырат. Блок эс алууда болгондуктан, а мааниси нөлгө барабар. Акыркысы төмөнкүнү билдирет:
P - N=0=>
P=N.
Тилектин реакциясы дененин салмагын тең салмактайт жана абсолюттук мааниде ага барабар.
Горизонталдык беттеги штангка таасир этүүчү тышкы күч
Эми жогоруда сүрөттөлгөн кырдаалга дагы бир күчтү кошолу. Бир адам блокту горизонталдуу бет боюнча түртүп баштайт деп ойлойлу. Бул күчтү F тамгасы менен белгилейли. Бир укмуштуудай жагдайды байкаса болот: F күчү аз болсо, анда анын аракетине карабастан, тилке бетинде токтоп тура берет. Дененин салмагы жана таянычтын реакциясы бетке перпендикуляр багытталгандыктан, алардын горизонталдык проекциялары нөлгө барабар. Башкача айтканда, P жана N күчтөр эч кандай түрдө F га каршы тура алышпайт. Андайда эмне үчүн тилке кыймылдабай, тынч абалда калат?
Албетте, F күчүнө каршы багытталган күч болушу керек. Бул күч статикалык сүрүлүү. Ал горизонталдык бет боюнча F га каршы багытталган. Ал тилкенин төмөнкү чети менен бетинин ортосундагы байланыш чөйрөсүндө иш-аракет кылат. Аны Ft белгиси менен белгилейли. Ньютондун горизонталдык проекция мыйзамы төмөнкүчө жазылат:
F=Ft.
Ошентип, статикалык сүрүлүү күчүнүн модулу ар дайым горизонталдык бетти бойлото аракет кылган тышкы күчтөрдүн абсолюттук маанисине барабар.
Тилке кыймылынын башталышы
Статикалык сүрүлүүнүн формуласын жазуу үчүн макаланын мурунку абзацтарында башталган экспериментти уланталы. Ф тышкы күчтүн абсолюттук маанисин жогорулатабыз. Бар дагы эле бир нече убакытка чейин эс алат, бирок ал кыймылдай баштаган учур келет. Бул учурда статикалык сүрүлүү күчү эң жогорку мааниге жетет.
Бул максималдуу маанини табуу үчүн биринчи тилкеге окшош дагы бир тилкени алып, үстүнө коюңуз. Бардын бети менен байланыш аянты өзгөргөн жок, бирок анын салмагы эки эсеге көбөйгөн. Тасманын бетинен ажыраган F күчү да эки эсеге көбөйөрү эксперименталдык түрдө аныкталган. Бул факт статикалык сүрүлүү үчүн төмөнкү формуланы жазууга мүмкүндүк берди:
Ft=µsP.
Башкача айтканда, сүрүлүү күчүнүн максималдуу мааниси дененин P салмагына пропорционалдуу болуп чыгат, мында µs параметри пропорционалдык коэффициент катары иштейт. µs мааниси статикалык сүрүлүү коэффициенти деп аталат.
Тажрыйбадагы дене салмагы N колдоочу реакция күчүнө барабар болгондуктан, Ft формуласын төмөнкүдөй кайра жазууга болот:
Ft=µsN.
Мурункудан айырмаланып, бул туюнтманы дене жантайган тегиздикте болгондо да дайыма колдонсо болот. Статикалык сүрүлүү күчүнүн модулу беттин денеге таасир этүүчү таяныч реакциясына түз пропорционал.
Күчтүн физикалык себептери Ft
Статикалык сүрүлүү эмне үчүн пайда болот деген суроо татаал жана микроскопиялык жана атомдук деңгээлдеги денелердин ортосундагы байланышты кароону талап кылат.
Жалпысынан күчтүн эки физикалык себеби барFt:
- Чокулар менен чуңкурлардын ортосундагы механикалык өз ара аракеттенүү.
- Денелердин атомдору менен молекулаларынын физикалык-химиялык өз ара аракеттенүүсү.
Канчалык жылмакай бет болбосун, анын тегиздиги жана бир тексиздиги болот. Болжол менен, бул бир тексиздиктер микроскопиялык чокулар жана чуңкурлар катары көрсөтүлүшү мүмкүн. Бир дененин чокусу башка дененин көңдөйүнө түшкөндө, бул телолордун ортосунда механикалык байланыш пайда болот. Микроскопиялык муфталардын көп саны статикалык сүрүлүүнүн пайда болушунун себептеринин бири.
Экинчи себеп – денени түзгөн молекулалардын же атомдордун ортосундагы физикалык жана химиялык өз ара аракеттешүү. Белгилүү болгондой, эки нейтралдуу атом бири-бирине жакындаганда, алардын ортосунда кандайдыр бир электрохимиялык өз ара аракеттешүү пайда болушу мүмкүн, мисалы, диполь-диполь же ван-дер-Ваальс өз ара аракеттешүүсү. Кыймылдын башталышында бар бетинен ажырап калуу үчүн бул өз ара аракеттенүүнү жеңүүгө аргасыз болот.
Фт күчүнүн өзгөчөлүктөрү
Максималдуу статикалык сүрүлүү күчү эмнеге барабар экендиги жогоруда белгиленген, ошондой эле анын аракет багыты көрсөтүлгөн. Бул жерде Ft санынын башка мүнөздөмөлөрүн келтиребиз.
Эс алуудагы сүрүлүү контакт аймагынан көз каранды эмес. Ал колдоонун реакциясы менен гана аныкталат. Байланыш аймагы канчалык чоң болсо, микроскопиялык чокулардын жана чуңкурлардын деформациясы ошончолук аз болот, бирок алардын саны ошончолук көп болот. Бул интуитивдик факт, эгер тилке кичирээк менен четине бурулса, Ftt эмне үчүн өзгөрбөй турганын түшүндүрөт.аймак.
Тынчтык сүрүлүү жана жылма сүрүлүү бирдей мүнөздөгү, бирдей формулалар менен сүрөттөлөт, бирок экинчиси дайыма биринчисинен азыраак. Блок бетти бойлой жылып баштаганда жылма сүрүлүү пайда болот.
Force Ft көпчүлүк учурларда белгисиз чоңдук. Ал үчүн жогоруда берилген формула тилке кыймылдап баштаган учурда Ft максималдуу маанисине туура келет. Бул чындыкты айкыныраак түшүнүү үчүн төмөндө Ft күчүнүн Ft тышкы таасирге көз карандылыгынын графиги келтирилген.
Ф чоңойгондо статикалык сүрүлүү сызыктуу түрдө өсүп, максимумга жетет, анан дене кыймылдай баштаганда азаят. Кыймыл учурунда Ft күчү жөнүндө сөз кылуу мүмкүн болбой калды, анткени ал сыдырма сүрүлүү менен алмашат.
Акыры, Ft күчүнүн акыркы маанилүү өзгөчөлүгү – бул кыймылдын ылдамдыгынан көз каранды эмес (салыштырмалуу жогорку ылдамдыкта, Ftазаят).
Сүрүлүү коэффициенти µs
Сүрүлүү модулунун формуласында µs пайда болгондуктан, бул тууралуу бир нече сөз айтуу керек.
Сүрүлүү коэффициенти µs эки беттин уникалдуу мүнөздөмөсү. Ал дененин салмагына көз каранды эмес, эксперименталдык түрдө аныкталат. Мисалы, дарак-дарактын жуптары үчүн, ал дарактын түрүнө жана сүртүүчү органдардын үстүн тазалоонун сапатына жараша 0,25тен 0,5ке чейин өзгөрөт. Момдалган жыгач беттери үчүннымдуу кар µs=0,14, ал эми адамдын муундары үчүн бул коэффициент өтө төмөн маанилерди алат (≈0,01).
Каралып жаткан жуп материалдар үчүн µs кандай мааниге ээ болбосун, µk окшош жылма сүрүлүү коэффициенти дайыма болот кичирээк. Мисалы, даракты дарактын үстүнө жылдырганда 0,2ге барабар, ал эми адамдын муундары үчүн 0,003төн ашпайт.
Кийин, биз алган билимибизди колдоно турган эки физикалык маселенин чечилишин карайбыз.
Жаңтайган беттеги тилке: күчтү эсептөө Ft
Биринчи тапшырма абдан жөнөкөй. Жыгач бетинде жыгач блок жатат деп коёлу. Анын салмагы 1,5 кг. Бети горизонтко 15o бурчта жантайган. Штанга кыймылдабай жатканы белгилүү болсо, статикалык сүрүлүү күчүн аныктоо керек.
Бул көйгөйдүн эң негизгиси – көп адамдар колдоонун реакциясын эсептеп, анан сүрүлүү коэффиценти үчүн µs үчүн маалымдама маалыматтарын колдонуп, жогорудагыны колдонушат. F t максималдуу маанисин аныктоо формуласы. Бирок, бул учурда, Ft максималдуу эмес. Анын модулу сырткы күчкө гана барабар, ал тилкени өз ордунан тегиздиктен ылдый жылдырууга умтулат. Бул күч:
F=mgsin(α).
Анда Ft сүрүлүү күчү F ге барабар болот. Маалыматтарды теңдикке алмаштыруу менен биз жооп алабыз: жантайган тегиздиктеги статикалык сүрүлүү күчү F t=3,81 Ньютон.
Жаңтайган беттеги тилке: эсептөөмаксималдуу эңкейтүү бурчу
Эми төмөнкү маселени чечели: жыгач блок жыгач жантайган тегиздикте. сүрүлүү коэффицентин 0,4 ге барабар деп кабыл алып, тегиздиктин горизонтко эңкейишинин α максималдуу бурчун табуу керек, мында тилке жыла баштайт.
Сыдырма дене салмагынын учактагы проекциясы максималдуу статикалык сүрүлүү күчүнө барабар болгондо башталат. Тиешелүү шартты жазалы:
F=Ft=>
mgsin(α)=µsmgcos(α)=>
tg(α)=µs=>
α=arktan(µs).
Акыркы теңдемеге µs=0, 4 маанисин алмаштырсак, α=21, 8o алабыз.
