Sürtünme Kuvveti

SÜRTÜNME KUVVETİ

Kategori: FIZIK

Bir cismi farklı yüzeylerde hareket ettirmenin, cismin hareketinde değişiklikler yaptığını günlük yaşantımızdan bilmekteyiz Pürüzlü, kaygan veya cilalı yüzeylerde aynı cismin hareketi farklı farklı olmaktadır Cam üzerinde bar cisim daha kolay hareket ederken tahta üzerinde hareket etmesi daha zordur

Cismin hareket ettiği yüzeyin pürüzlü olması, cismin harekete geçmesini zorlaştırırken, düz veya pürüzsüz yüzeylerde aynı cisim daha kolay harekete geçer Bu nedenle halı, tahta, taşlı zemin gibi yüzeylerde cismi harekete geçirmek için gerekli olan kuvvet; cam, asfalt, yağlı zemin gibi yüzeylerdeki aynı cismi hareket ettirmek için gerekli olan kuvvetten daha büyüktür Yani cismin temas ettiği yüzeyin pürüzlüğü arttıkça, cismin harekete geçmesi için gerekli olan kuvvete artmaktadır

Şekilde olduğu gibi iki traktör yolda gitmektedirler Bu traktörlerden bir tanesi asfalt yolda giderken diğer taşlı bir yolda gitmektedir Taşlı yolda giden traktörle düz yolda giden traktörün aynı hızda gitmeleri için taşlı yoldaki traktörün daha fazla kuvvet kullanması gerekmektedir

Bir zemin üzerinde bulunan bir cismi harekete geçirmek için, yüzeyin cisme uygulanan hareketin zıt yönünde oluşan sürtünme kuvvetinden daha büyük bir kuvvete gereksinim vardır Aksi taktirde uygulanan kuvvet cismin sürtünme kuvvetinden daha küçük veya eşitse cisim harekete geçmez

Sabit hızla hareket eden bir cisme etkiyen sürtünme kuvveti ile harekete geçirici kuvvetin bileşkesi sıfırdır Çünkü cismi harekete geçirici kuvvet ile sürtünme kuvveti ters yöndedir

Bu bilgilerden hareketle; cisimler hareket ederken temas ettikleri yüzeylerin sürtünmesinden kaynaklanan ve yer değiştirmeye zıt yönde ortaya çıkan kuvvete sürtünme kuvveti denir

Sürtünme Kuvvetinin Bağlı Olduğu Etkenler

a) Yüzeyin pürüzlü olması

Cismin hareket edeceği yüzeyin pürüzlü olması cismin hareketinde önemlidir Pürüzlü yüzeylerde cisimlerin hareket etmesi için daha büyük kuvvete ihtiyaç vardır

Bütün yüzeylerde mutlaka pürüz vardır Cisimler birbiri üzerinde hareket ederken, yüzeylerindeki girinti ve çıkıntılar birbirinin içerisine girerek cismin hareket etmesini güçleştirirler Cilalı yüzeylerde bu girinti-çıkıntılar daha az olduğundan sürtünme kuvveti de o oranda azdır Bu nedenle pürüzlü yüzeylerin yağlanması ile bu girintiler azaltılarak daha az sürtünme kuvveti uygulaması sağlanabilir

b) Cismin ağırlığı

Bir cismin ağırlığı arttığında cismin ve yüzeyin girinti-çıkıntıları daha fazla birbiri içine gireceğinden sürtünme de artar Yani cismin hareketini engelleyen kuvvetin büyüklüğü de artar Cismin hareket etmesini engelleyen bu kuvveti yenmek için, bu kuvvetten daha büyük bir kuvveti cisme uygulamak gerekir

Sürtünme Kuvvetinin Etkileri

Sürtünme kuvveti, cisimlerin yüzeyde tutunmasına yardım eden bir etkendir Eğer sürtünme kuvveti var olmasaydı birçok yaşamsal faaliyet mümkün olmazdı Yolda yürüyemez, bir yerde oturamaz, yemek yiyemez, yazı yazamaz, araç kullanamazdık Örneklerde de görüldüğü gibi her türlü hayati olayın gerçekleşmesinde sürtünme kuvvetinin etkisi vardır Araba örneğini biraz açacak olursak, yolda hareketine başlayan bir aracın durması sürtünme kuvvetinin etkisi ile oluşmaktadır Bu kuvvet olmasaydı frenler tutmayacağı için araba sürekli hareket ederdi

Buzun sürtünme kuvvetinin toprak veya asfalta göre daha düşük bir sürtünme kuvveti olduğu bilinmektedir Kışın buzlu yollarda araçlar daha fazla kaymakta ve frenlerin etkisi daha az olmaktadır Bu nedenle kışın meydana gelen kazalar, diğer zamanlara göre daha fazla olmaktadır Bu nedenle kışın buzun erimesi için tuz kullanılması (suyun donma sıcaklığını düşürür) veya toprak atılması bu sürtünme kuvvetini artırmak içindir

Sürtünme kuvvetinin hayatımızı kolaylaştıran çok büyük etkilerinin yanında günlük yaşantıda işleri zorlaştırdığı da bilinmektedir Çünkü sürtünme kuvvetini yenerek, cisimleri harekete geçirmek için daha büyük kuvvet kullanılması gerekir Ve büyük yükleri, sürtünme kuvveti nedeni ile kas gücümüzle hareket ettiremeyiz Bundan dolayı çeşitli makineler kullanarak bu yükleri hareket ettiririz

Makineler çalışırken, içerisindeki parçalar birbirine sürtünürler Sürtünen bu parçalar zamanla aşınarak kullanılmaz hale gelirler Makinelerin yıpranmasını engellemek için sürtünme kuvvetini düşürücü önlemler almak gerekir Yani sürtünme kuvvetinin çok büyük yararları olmakla beraber bazı zorlukları da vardır

Sürtünme Kuvvetini Artırmak ve Azaltmanın Yolları

Sürtünme kuvvetinin, bir olayın gerçekleşmesi için yetersiz kaldığı durumlarda alınması gereken tedbirler vardır Bunlardan bazılarını sıralayacak olursak;

a) Kışın araba lastiklerine zincir takılması,

b) Sporcuların ayakkabılarının altına dişler yapılması,

c) İş makinelerinin tekerlerinde dişlerin daha büyük yapılması,

d) Büyük kütlelerin altına tekerlek tipinde cisimlerin konulması,

e) Makinelerin yağlanması,

f) Dik yokuşlarda ulaşımı kolaylaştırmak için önlemler alınması,

Ağır bir tahta sandık döşemenin üzerinde çekilirse, sandık ile döşeme arasında bir direnç doğar Harekete karşı koyan bu dirence ya da kuvvete sürtünme denir İki cisimden biri ne zaman öbürüne sürtünerek hareket etse, ikisinin arasında bu tür bir kuvvet oluşur Motorlarda ve makinelerin çoğunda sürtünme zararlıdır ve belirli bir miktar enerjinin boşa gitmesine neden olur; bu yüzden, sürtünmeyi olabildiğince azaltmak, bunun için de hareketli parçalanyağlamak gerekir Ama sürtünme yararlı da olabilir Sürtünme olmasaydı yürünemezdi; sürtünme az olduğunda, Örneğin buzun üstünde yürümenin ne kadar güç olduğunu herkes bilir Sürtünme olmasaydı çiviler ve vidalar yerlerine tutturulamaz, motorlu taşıtların frenleri ve kavramalançalışmazdı



Sandığı döşemenin üzerinde kaydırdığımızda, hareketi başlatmak için gerekli olan kuvvet, hareketi sürdürmek için gerekli olandan daha büyüktür Sandık ne kadar ağırsa, onu hareket ettirmek için gereksinim duyulan kuvvet de o ölçüde büyük olur Eğer sandığın tabanı ve döşemenin yüzeyi düzgünse sürtünme daha az olur Sandığın tabanı ya da herhangi bir yan yüzeyi üzerinde kaydırılması, onu hareket ettirmek için gerekli olan kuvveti değiştirmez Bütün bu söylenenlere göre sürtünmenin ana kuralları şöyle sıralanabilir: 1) Harekete başlama anındaki sürtünme, hareket sırasındaki sürtünmeden daha büyüktür; 2) sürtünme ve onu yenmek için gerekli olan kuvvet yalnızca sürtünen cisimleri birbirine bastıran ağırlığa ve sürtünme yüzeylerinin niteliğine bağlıdır

Sandığı döşemenin üzerinde yuvarlayarak hareket ettirmek daha kolaydır; merdane ya da tekerlekler üzerine oturtarak götürmek ise çok daha kolaydır Tekerleklerin dönmesi sürtünmeye bağlıdır; sürtünme olmasaydı, tekerlekler yere tutunamaz, kendi eksenleri üzerinde durmadan dönerdi Tekerlek bir milin çevresinde döner; tekerlek ile mil arasındaki sürtünmeyi azaltmak için bilyeli rulman (bisikletlerde olduğu gibi) ya da benzeri araçlar kullanılır ve bunlar yağlanır

Sürtünmeyi yenmek için işe gerek vardır (bak Enerji) Örneğin, düz bir yolda bisiklet sürmek az bir çabayı gerektirir, çünkü sürtünme çok küçüktür; ama frenler sıkıiırsa sürtünme artar, frenler ve tekerlekler çok ısınır; bu durumda pedalları çevirmek gerçekten güç bir işe dönüşür Bu iş ısı olarak boşa gider Otomobillerde enerjinin yaklaşık beşte biri, hareketli parçaların sürtünmesini yenmek için boşa harcanır Sürtünme ayrıca hareketli parçalarda aşınmaya yol açar Eğer bir makinenin yatakları yağsız kalır ve bu durumda çalıştırılırsa, aşın ısınma sonucu metal parçalar eriyip birbirine kaynayabilir; bu durumda "makine yatak sardı" denir

Sıvı ve katı makine yağları sürtünmeyi azaltır Pirinç gibi bazı metaller öbürlerine oranla çok daha kaygan olduğundan, hareketli parçaların yapıldığı metallerin türü de sürtünmede önemli rol oynar; genel bir kural olarak, aynı metalden yapılmış iki parçanın birbirine sürtünmesine izin vermemek gerekir Tekne suda, uçak havada giderken, tekne ile su ya da uçak ile hava arasında ağdalılık denen bir sürtünme türü oluşur; teknenin ya da uçağın yol alabilmesi için bu direncin üstesinden gelinmesi gerekir Bir kaşığı suyun içinde bir yandan öbürüne hareket ettirmek, şurubun içinde hareket ettirmekten daha kolaydır; kaşığın havadaki hareketi ise sudaki hareketinden de kolaydır Çünkü, bu üç akışkan içinde ağdalılığı en yüksek olanı şurup, en düşük olanı ise havadır Su bir ırmakta akarken kenarlara tutunma eğilimi gösterir; bu yüzden, suyun ırmağın ortasına en yakın kesimi en hızlı akan bölümüdür

Havanın direnci, herhangi bir cisim havrada hareket ettirildiği zaman ortaya çıkan bir tür sürtünme kuvvetidir Yüksek hızlı uçaklarda, uçağın dış yüzeyinin bu direnci olabildiğince azaltacak biçimde tasarımlarımasına ve yüzey düzgünlüğüne büyük özen gösterilir Uçak, tren, gemi ve otomobil motorlarında kuvvetin çoğu sürtünmenin doğurduğu kuvvetleri yenmeye ve aracı hareket halinde tutmaya yarar (bak Kuvvet ve Hareket) Uzayda hava bulunmadığı için sürtünme de yoktur Bu nedenle, Dünya atmosferinin dışında kullanılmak üzere yapılmış uzay araçlarının dış yüzeyinin özel olarak düzgün olması gerekmez

Sürtünme kuvveti, sürtünen yüzeyler arasında ortaya çıkan ve hareketi zorlaştıran bir kuvvettir

Duran ya da birbiri üzerinde kayan yüzeyler arasında mutlaka sürtünme kuvveti vardır Yapılan deneyler, sürtünme kuvvetinin sürtünen iki yüzeyin pürüzlülüğünden ortaya çıktığı gösteriyor Bu kuvvetler, özellikle sürtünen küçük yüzeylerde atom ya da moleküllerin birbirine çok yakın olması ve bunun sonucu birbirlerini moleküller arası kuvvetle etkilemelerinden ortaya çıkar


Ağır bir takozu zemin üzerine koyup bir köşesine dinamometre bağlayarak, dinamometreyi çektiğimizde takoz harekete başlayıncaya kadar uygulanan kuvvete karşı ortaya çıkan sürtünme kuvvetine statik sürtünme kuvveti denir


Statik sürtünme kuvveti maksimum değere ulaştığı anda hareket başlar Hareket başladıktan sonra statik sürtünme kuvveti biraz azalır ve belli bir değerde sabit kalır Bu sürtünme kuvvetinin de kayma ya da kinetik sürtünme kuvveti denir


Sürtünme Kanunları


1 Sürtünme kuvveti, sürtünen yüzeylerin alanına bağlı değildir
2 Sürtünme kuvveti, sürtünen yüzeylere dik olan tepki kuvvetiyle doğru orantılıdır
3 Sürtünme kuvveti, sürtünen yüzeylerin cinsine ve durumuna bağlıdır
4 Kinetik sürtünme kuvveti, cismin hızından bağımsızdır
5 Sürtünme kuvveti, daima harekete zıt yöndedir


Eylemsizlik ve Çekim Kütlesi


Bir cismin kütlesinin ölçülmesinde iki yol vardır Birisi eşit kollu terazi, diğeri Newton’un ikinci yasası olan m=F/a bağıntısında kuvvet ve ivmeyi ölçmek suretiyle cismin kütlesini bulmaktır Eğer eşit kollu terazi ile cismin kütlesi ölçülmüşse buna cismin çekim kütlesi, cisme uygulanan kuvvet ve cismin ivmesi ölçülerek m=F/a bağıntısı yardımıyla bulunan kütleye de eylemsizlik kütlesi adı verilir


Daha kesin bir ifadeyle, Newton’un evrensel genel çekim yasası cismin çekim kütlesini, Newton’un ikinci yasası cismin eylemsizlik kütlesini tanımlar Çekim ve eylemsizlik kütleleri farklı kuvvet yasalarından tanımladığı için farklı olacağı düşünülüyordu

Ancak; yapılan araştırmalar sonucunda bu iki kütlenin büyüklüklerinin eşit olduğu görüldü ve aralarında bir fark olmadığı ortaya çıktı Böylece, çekim ve eylemsizlik kütleleri yerine sadece KÜTLE sözcüğünü kullanırız