Jenis Geseran, Koefisien, Pengiraan, Latihan

The geseran Ia adalah penentangan terhadap anjakan satu permukaan semasa bersentuhan dengan yang lain. Ia adalah fenomena cetek yang berlaku di antara bahan pepejal, cecair dan gas. Kekuatan rintangan tangen ke dua permukaan yang bersentuhan, yang menentang arah anjakan relatif antara permukaan ini, juga dipanggil daya geseran atau daya geseran F_r.

Untuk menggantikan badan pepejal di permukaan, daya luaran mesti digunakan yang dapat mengatasi geseran. Apabila badan bergerak, daya geseran bertindak ke atas badan menurunkan kelajuannya, dan bahkan dapat menghentikannya.

Geseran [oleh Keta, Pietter Kuiper (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fail: geseran.Svg)]

Daya geseran boleh diwakili secara grafik melalui gambarajah daya badan yang bersentuhan dengan permukaan. Dalam rajah ini, daya geseran F_r Ia ditarik oleh komponen daya yang digunakan untuk badan tangen ke permukaan.

Permukaan sentuhan menimbulkan daya tindak balas pada badan yang dipanggil daya normal N. Dalam beberapa kes, daya normal hanya disebabkan oleh berat badan P dari badan yang terletak di permukaan, dan dalam kes lain, ia disebabkan oleh daya yang digunakan selain daripada daya graviti.

Geseran berasal kerana terdapat rugos mikroskopik antara permukaan yang dihubungi. Apabila anda cuba menggerakkan satu permukaan di sebelah yang lain. Sebaliknya, kerugian tenaga dihasilkan dalam bentuk haba yang tidak digunakan untuk menggerakkan badan.

[TOC]

Jenis geseran

Terdapat dua jenis geseran utama: geseran Coulomb o geseran kering, dan geseran cecair.

-Geseran Coulomb

Geseran Coulomb Ia selalu menentang pergerakan badan dan dibahagikan kepada dua jenis geseran: geseran statik dan geseran kinetik (atau dinamik).

Dalam geseran statik tidak ada pergerakan badan di permukaan. Daya yang digunakan sangat rendah dan tidak mencukupi untuk mengatasi daya geseran. Geseran mempunyai nilai maksimum yang berkadar dengan daya normal dan dipanggil daya geseran statik F_Re.

Daya geseran statik ditakrifkan sebagai daya maksimum yang menentang pada permulaan pergerakan badan. Apabila daya yang digunakan melebihi daya geseran statik, ia kekal pada nilai maksimumnya.

Geseran kinetik bertindak ketika badan bergerak. Daya yang diperlukan untuk menjaga badan dengan geseran dipanggil daya geseran kinetik F_RC.

Daya geseran kinetik kurang daripada atau sama dengan daya geseran statik kerana apabila badan mula bergerak, lebih mudah untuk terus bergerak daripada cuba melakukannya semasa berehat.

Undang -undang geseran Coulomb

1. Daya geseran berkadar terus dengan daya normal ke permukaan sentuhan. Pemalar perkadaran adalah pekali geseran μ yang wujud di antara permukaan yang dihubungi.
2. Daya geseran bebas daripada saiz kawasan hubungan yang jelas di antara permukaan.
3. Daya geseran kinetik bebas daripada kelajuan gelongsor badan.

-Geseran cecair

Geseran juga berlaku apabila badan bergerak bersentuhan dengan bahan cecair atau gas. Jenis geseran ini dipanggil geseran bendalir dan ditakrifkan sebagai rintangan terhadap pergerakan badan yang bersentuhan dengan cecair.

Ia boleh melayani anda: Eksperimen Fizik Mudah (University Primer)

Geseran Fluida juga merujuk kepada rintangan cecair untuk mengalir bersentuhan dengan lapisan bendalir bahan yang sama atau yang lain, dan bergantung pada kelajuan dan kelikatan bendalir. Kelikatan adalah ukuran ketahanan terhadap pergerakan cecair.

-Stokes geseran

Geseran Stokes adalah sejenis geseran bendalir di mana zarah -zarah sfera direndam dalam cecair likat, dalam aliran laminar, mengalami daya geseran yang melambatkan pergerakannya kerana turun naik molekul bendalir.

Geseran Stokes [oleh Kraaiennest (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fail: stokes_sphere.Svg)]

Alirannya adalah laminar apabila daya likat, yang menentang pergerakan cecair, lebih besar daripada daya inersia dan bendalir bergerak dengan kelajuan yang cukup kecil dan dalam trajektori rectilinear.

Koefisien geseran

Menurut undang -undang geseran pertama Coulomb Pekali geseran μ Ia diperoleh dari hubungan antara daya geseran dan daya normal ke permukaan sentuhan.

μ = f_r/N

Pekali μ Ia adalah jumlah yang tidak dimensi, kerana ia adalah hubungan antara dua daya, yang bergantung kepada sifat dan rawatan bahan -bahan yang dihubungi. Umumnya nilai pekali geseran antara 0 dan 1.

Pekali geseran statik

Koefisien geseran statik adalah pemalar perkadaran yang wujud antara daya yang menghalang pergerakan badan dalam keadaan sentuhan pada permukaan sentuhan dan daya normal ke permukaan.

μ_dan= F_Re/N

Koefisien geseran kinetik

Koefisien geseran kinetik adalah pemalar perkadaran yang wujud antara daya yang menyekat pergerakan badan yang bergerak di permukaan dan daya normal ke permukaan.

μ_c= F_RC/N

Koefisien geseran statik lebih besar daripada pekali geseran kinetik.

μ_s> μ_c

Koefisien geseran elastik

Koefisien geseran elastik berasal dari geseran antara permukaan sentuhan bahan elastik, lembut atau kasar yang cacat oleh daya yang digunakan. Geseran menentang pergerakan relatif antara dua permukaan elastik dan anjakan disertai dengan ubah bentuk elastik lapisan permukaan bahan.

Koefisien geseran yang diperolehi di bawah syarat -syarat ini bergantung kepada tahap kekasaran permukaan, pada sifat fizikal bahan sentuhan dan magnitud komponen tangen daya Hear dalam antara muka bahan.

Pekali geseran molekul

Koefisien geseran molekul diperoleh dari daya yang menyekat pergerakan zarah yang meluncur pada permukaan lembut atau melalui cecair.

Bagaimana geseran dikira?

Daya geseran dalam antara muka pepejal dikira menggunakan persamaan F_r = μn

N Ia adalah kekuatan biasa dan μ Ia adalah pekali geseran.

Dalam beberapa kes, daya normal adalah sama dengan berat badan P. Beratnya diperoleh dengan mengalikan jisim m badan kerana pecutan graviti g.

P= mg

Dengan menggantikan persamaan berat dalam persamaan daya geseran, ia diperolehi:

Ia dapat melayani anda: pecutan purata: bagaimana ia dikira dan diselesaikan

F_r = μmg

Ciri -ciri biasa

Apabila objek berada di atas permukaan rata, daya normal adalah yang mengerahkan permukaan pada badan, dan menentang daya akibat graviti, menurut undang -undang tindakan dan reaksi Newton.

Kekuatan biasa selalu bertindak tegak lurus ke permukaan. Pada permukaan yang cenderung, normal berkurangan apabila sudut kecenderungan meningkat dan titik dalam arah tegak lurus dari permukaan, manakala berat mata secara menegak ke bawah. Persamaan daya normal pada permukaan cenderung adalah:

N = mgcosθ

θ = sudut kecenderungan permukaan sentuhan.

Geseran dalam satah cenderung [oleh Mets501 (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fail: free_body.Svg)]

Komponen daya yang bertindak pada badan untuk meluncurnya adalah:

F = mgsenθ

Oleh kerana daya yang digunakan meningkat kepada nilai maksimum daya geseran, nilai ini sepadan dengan daya geseran statik. Bila  F = f_Re, Daya geseran statik adalah:

F_Re= mgsenθ

Dan pekali geseran statik diperolehi oleh tangen sudut kecenderungan θ.

μ_dan = tanθ

Latihan yang diselesaikan

-Daya geseran objek yang terletak di permukaan mendatar

Kotak 15kg yang diletakkan di atas permukaan mendatar ditolak oleh seseorang yang menggunakan kekuatan 50 Newton di sepanjang permukaan untuk bergerak dan kemudian memohon kekuatan 25 N untuk memastikan kotak bergerak pada kelajuan tetap. Tentukan pekali geseran statik dan kinetik.

Kotak bergerak di permukaan mendatar

Penyelesaian: Dengan nilai daya yang digunakan untuk memindahkan kotak, pekali geseran statik diperolehi μ_dan.

μ_dan= F_Re/N

Daya normal N ke permukaan adalah sama dengan berat kotak, jadi N = m.g

N = 15kgx9,8m/s²

N = 147New

Dalam kes ini, μ_dan= 50New/147New

μ_dan= 0.34

Daya yang digunakan untuk mengekalkan kelajuan kotak malar adalah daya geseran kinetik yang sama dengan 25New.

Koefisien geseran kinetik diperoleh dengan persamaan μ_c= F_RC /N

μ_c= 25New/147New

μ_c= 0.17

-Daya geseran objek di bawah tindakan daya dengan sudut kecenderungan

Seorang lelaki menggunakan kekuatan ke kotak 20kg, dengan sudut aplikasi 30 ° berhubung dengan permukaan di mana dia terletak. Berapakah magnitud daya yang digunakan untuk menggerakkan kotak jika pekali geseran antara kotak dan permukaannya adalah 0.5?

Penyelesaian: Daya yang digunakan dan komponen menegak dan mendatar diwakili dalam rajah badan bebas.

Rajah Badan Percuma

Daya yang digunakan membentuk sudut 30 ° dengan permukaan mendatar. Komponen menegak daya menambah daya normal yang mempengaruhi daya geseran statik. Kotak bergerak apabila komponen mendatar daya yang digunakan melebihi nilai maksimum daya geseran F_Re. Dengan memadankan komponen mendatar daya dengan geseran statik, ia diperolehi:

F_Re = FCOSθ                       [1]

F_Re= μ_dan.N                          [2]

Ia boleh melayani anda: Rutherford Model Atom: Sejarah, Eksperimen, Postulates

μ_dan.N = fcosθ                      [3]

kekuatan biasa

Daya normal tidak lagi berat badan kerana komponen daya menegak.

Menurut undang -undang kedua Newton, jumlah kuasa yang bertindak di atas kotak pada paksi menegak adalah tidak sah, oleh itu komponen menegak pecutan adalah ke_dan= 0. Daya normal diperoleh dari jumlah

F sen30 ° + n - p = 0                      [4]

P = m.g                                        [5]

F SNN 30 ° + N - M.G = 0                [6]

N = m.G - f sen 30 °                      [7]

Apabila menggantikan Persamaan [7] dalam Persamaan [3] Berikut adalah diperoleh:

μ_dan. (m.G - f sin 30 °) = FCOS30 °     [8]

Ia membersihkan F Dari Persamaan [8] dan diperoleh:

F = μ_dan . m.G /(cos 30 ° + μ_dan dosa 30 °) = 0.5 x 20kg x 9.8m/s² / (0.87+ (0.5 x 0.5)) =

F = 87.5new

-Geseran dalam kenderaan yang bergerak

Kenderaan 1.5 tan bergerak di jalan rectilinear dan mendatar pada kelajuan 70 km/j. Pemandu memvisualisasikan, pada jarak tertentu, halangan di jalan yang memaksa dia berhenti dengan tajam. Setelah menghentikan kenderaan skate untuk jangka masa yang singkat sehingga ia berhenti. Jika pekali geseran antara tayar dan jalan adalah 0.7; Tentukan perkara berikut:

1. Berapakah nilai geseran semasa kenderaan patina?
2. Penurunan kenderaan
3. Jarak yang dilawati oleh kenderaan dari berhenti sehingga berhenti.

Penyelesaian:

Bahagian a

Gambar rajah badan bebas menunjukkan daya yang bertindak ke atas kenderaan semasa meluncur.

Pasukan yang bertindak dalam kenderaan yang bergerak

Kerana jumlah daya yang bertindak dalam paksi menegak adalah sifar, daya normal adalah sama dengan berat kenderaan.

N = m.g

M = 1.5 tan = 1500kg

N = 1500kgx9,8m/s²= 14700New

Daya geseran kenderaan ketika meluncur adalah:

F_r = μn = 0.7x14700New

= 10290 BARU

Bahagian b

Daya geseran mempengaruhi penurunan kelajuan kenderaan semasa meluncur.

Semasa memohon undang -undang kedua Newton, nilai penurunan itu diperoleh dengan membersihkan persamaan F = m.ke

A = f/m

A = (-10290 baru)/ 1500kg

= -6.86m/s²

Bahagian c

Kelajuan kenderaan awal adalah v₀ = 70km/h = 19.44m/s

Apabila kenderaan menghentikan kelajuan terakhirnya v_F = 0 Dan penurunannya adalah a = -6.86m/s²

Jarak yang dilalui oleh kenderaan, kerana ia berhenti sehingga ia berhenti, ia diperoleh dengan membersihkan d persamaan berikut:

v_F² = v₀²+2ad

D = (v_F² - v₀²)/2a

= ((0)²-(19.44m/s)²)/(2x (-6.86m/s²)

D = 27.54m

Kenderaan itu bergerak 27.54m jarak sebelum berhenti.

 Rujukan

1. Pengiraan pekali geseran di bawah keadaan hubungan elastik. Mikhin, n m. 2, 1968, Sains Bahan Soviet, Vol. 4, ms. 149-152.
2. Blau, P J. Sains dan Teknologi Geseran. Florida, AS: CRC Press, 2009.
3. Hubungan antara melekat dan geseran. Isralachvili, J N, Chen, You-Lung dan Yoshizawa, H. 11, 1994, Jurnal Sains dan Teknologi Perekatan, Vol. 8, ms. 1231-1249.
4. Zimba, j. Daya dan gerakan. Baltimore, Maryland: The Johns Hopkins University Press, 2009.
5. Bhushan, b. Prinsip dan aplikasi tribologi. New York: John Wiley and Sons, 1999.
6. Sharma, C S dan Purohit, K. Teori mekanisme dan mesin. New Delhi: Prentice Hall of India, 2006.