Sürtünme ve Sürtünme Katsayıları

Sürtünme kuvveti, bir yüzey üzerinde hareket ettiğinde veya üzerinde hareket etmek için çaba gösterdiğinde bir yüzeyin uyguladığı kuvvettir.

Sürtünme kuvveti aşağıdaki gibi ifade edilebilir,

F_s = μ N                     (1)
F_s = sürtünme kuvveti (N, lb)
μ = statik (μs) veya kinetik (μk) sürtünme katsayısı
N = yüzeyler arasındaki normal kuvvet (N, lb)

En az iki tür sürtünme kuvveti vardır

• Bir nesne hareket ettiğinde kinetik (kayma) sürtünme kuvveti.
• statik sürtünme kuvveti – bir nesne hareket etmek için çaba gösterdiğinde.

Yatay olarak çekilmiş veya itilmiş bir nesne için normal kuvvet – N – basitçe yerçekimi kuvvetidir – veya ağırlığı:

N = F_g = m a_g                         (2)
F_g = yerçekimi kuvveti – veya ağırlık (N, lb)
m = nesne kütlesi (kg)
a_g = yerçekimi ivmesi (9.81 m/s², 32 ft/s²)

Yerçekiminden (1) kaynaklanan sürtünme kuvveti (2) ile değiştirilebilir

F_f = μ m a_g                      (3)

Bazı ortak malzeme ve malzeme kombinasyonları için sürtünme katsayıları

1. Kinetik veya kayan sürtünme katsayısı – sadece yüzeyler arasında nispi bir hareket olduğunda. Hareket olmadan, değerler biraz daha yüksektir.
2. Not! Genel olarak statik sürtünme katsayılarının dinamik veya kinetik değerlerden daha yüksek olduğu düşünülmektedir. Bu, çok basit bir ifadedir ve fren malzemeleri için oldukça yanıltıcıdır. Birçok fren malzemesi ile, belirtilen sürtünme katsayısı, malzeme çeşitli kayma hızlarına, yüzey basınçlarına ve en önemlisi çalışma sıcaklıklarına maruz kaldığında “ortalama” bir değerdir. Statik durum aynı basınçta, ancak ortam sıcaklığında değerlendirilirse, statik sürtünme katsayısı ortalama olarak belirtilen dinamik değerden genellikle anlamlı derecede düşüktür. Alıntılanan dinamik değerin% 40 – 50’si kadar düşük olabilir.

Statik Sürtünme Katsayıları ve Kinetik (Kayma)

Kinetik veya kayan sürtünme katsayıları nesneler arasındaki göreceli hareketle kullanılır. Statik sürtünme katsayıları, göreceli hareketi olmayan nesneler için kullanılır. Statik katsayıların kinetik veya kayan katsayılardan biraz daha yüksek olduğuna dikkat edin. Bir hareketi başlatmak için daha fazla güç gerekir.

Örnek – Sürtünme Kuvveti

100 lb’lik bir tahta sandık beton bir zemine itiliyor. Nesne ve yüzey arasındaki sürtünme katsayısı 0,62’dir. Sürtünme kuvveti olarak hesaplanabilir

F_f = 0.62 (100 lb)
   = 62 (lb)
1 lb = 0.4536 kg

Örnek – Araba, Frenleme, Sürtünme Kuvveti ve Durmaya Gereken Mesafe

2000 kg kütleli bir araba, sürtünme katsayısı 0.2 olan ıslak bir yolda 100 km/s hızla sürmektedir.

Not! – Aracı durdurmak için gereken sürtünme işi, aracın kinetik enerjisine eşittir.

Arabanın kinetik enerjisi

E_kinetik = 1/2 m v²                           (4)
E_kinetik = hareketli arabanın kinetik enerjisi (J)
m = Kütle (kg)
v = Hız (m/s)

E_kinetik = 1/2 (2000 kg) ((100 km/h) (1000 m/km) / (3600 s/h))²
  =  771605 J

Arabayı durdurmak için sürtünme işi (enerji) olarak ifade edilebilir

W_sürtünme = F_s d                                (5)
W_sürtünme = arabayı durdurmak için sürtünme işi (J)
F_f = sürtünme kuvveti (N)

d = fren (durma) mesafesi (m)

Otomobilin kinetik enerjisi sürtünme enerjisine dönüştürüldüğünden (iş) – ifademiz var

E_kinetik = W_sürtünme                              (6)

Sürtünme kuvveti Fs (3) ‘den hesaplanabilir

F_s = μ m g
   = 0.2 (2000 kg) (9.81 m/s²)
   = 3924 N

Otomobil için durma mesafesi (5) ila değiştirilerek hesaplanabilir.

d = W_sürtünme / F_s 

  = (771605 J) / (3924 N)
  = 197 m

Not! – arabanın kütlesi eşdeğerinin her iki yanında mevcut olduğundan. 6 iptal eder. Durma mesafesi arabanın kütlesine bağlı değildir.

“Sürtünme Yasası”

Yağsız Kuru Yüzeyler

1. Düşük basınç için sürtünme, yüzeyler arasındaki normal kuvvet ile orantılıdır. Artan basınçla sürtünme orantılı olarak artmaz. Aşırı basınçla sürtünme artar ve yüzeyler toparlanır.
2. orta basınçta sürtünme kuvveti – ve katsayısı – normal kuvvet aynı olduğu sürece temasta olan yüzey alanlarına bağlı değildir. Aşırı basınçla sürtünme pirinç ve yüzeyleri yakalar.
3. Yüzeyler arasındaki çok düşük hızda sürtünme sürtünme hızından bağımsızdır. Hız arttıkça sürtünme azalır.

Yağlanmış Yüzeyler

1. sürtünme kuvveti neredeyse basınçtan bağımsızdır – normal kuvvet – eğer yüzeyler yağ ile doluysa
2. sürtünme düşük basınçta hıza göre değişir. Daha yüksek basınçta minimum sürtünme 2 ft / s (0.7 m / s) hızındadır ve sürtünme daha sonra yaklaşık kare kare kök ile artar.
3. sürtünme sıcaklığa göre değişir
4. iyi yağlanmış yüzeyler için sürtünme neredeyse yüzey malzemesinden bağımsızdır

Tipik olarak, çelik kuru statik sürtünme katsayısı üzerindeki çelik sürgülü başlatıldığında 0,8’e düşer – ve çelik başlatılmış çelik statik sürtünme katsayısı üzerindeki çelik sürgülü başladığında 0,16 düştü.

Yararlanılan kaynak veya site linki

Tork – Güç İlişkisi ve Hesaplama