Sürtünme Kuvveti

Fizik |

Baştan söyleyeyim bardağı sıkı tutun ki düşmesin. Hele sabunluysa...

Cisimlere etki eden temel kuvvetlerden biri sürtünme kuvvetidir. Aslında bu kuvvetin adı üzerindedir. İki madde birbirine temas ettiğinde ortaya çıkar. Örneğin, yaz aylarında yürürken ayağınız kaymaz, ama kış aylarında buzda yürümeye çalışmak zordur. Yürümeyi beceremediğiniz için mi kayıyorsunuz?

Sürtünmenin faydaları ya da zararları görecelidir. Sürtünme olmasaydı sırtınızı duvara yaslayıp kendinizi ileri doğru ittiğinizde, karşınıza bir engel çıkmadığı sürece gezer dururdunuz. Sanırım, buna avantajlı durum diyebiliriz. Kimse durduk yere enerji harcamak istemez.

Eğer bedava hareket çok hoşunuza gittiyse, bir aracın fren diskinde sürtünme olmadığını düşünün. Sürtünme yoksa diske 10 ton basınç dahi uygulasanız, hızınızı yavaşlatacak bir kuvvet oluşmaz.

Sürtünme neye benziyor derseniz; aşağıda 2 şekil var. Bunlar mikro boyutta ikişerli malzeme gruplarının birbirine temas halinde neye benzediğini gösteriyor.

Sürtünme kuvveti
Sürtünme

(a) durumunda ayakkabı tabanınızla kuru yer arasındaki yüksek sürtünmeyi, (b) durumunda ise kayak takımınız ile buz arasındaki daha düşük sürtünmeyi görebilirsiniz.

Kuvvetler altında cismin serbest cisim diyagramı
Kuvvet Diyagramı
Şekildeki F kuvvetinin cismi uygulandığı yönde(bize göre sağa doğru) hareket ettirdiğini düşünelim. Sürtünme kuvveti olan \(F_s\)daimaharekete zıt yönlüdür.

Büyüklüğü ise hareket halinde \(F_s = \mu_k n\) ve durmakta iken \(F_s \le \mu_s n\) şartlarıyla hesaplanır.

Bu hareketin analizini yapalım.

Yatay bir yer üzerinde duran şekildeki cisim, F kuvveti yokken, yalnızca yerin cisme uyguladığı tepki kuvvetine maruz kalır. Bu da \(N = mg\) (N: tepki kuvveti, m: kütle, g: yerçekimi ivmesi) eşitliğinden hesaplanabilir.

İşin içine şeklimizdeki gibi bir F kuvveti girerse, buna zıt yönde bir sürtünme kuvveti (\(F_s\)) oluşur. Bu durumda ise, hemen 2 adet alt durumu incelemek gerekir. Cismimizin küçük bir masa olduğunu düşünün. F kuvveti ile ittirdiniz ve hareket ettiriyorsunuz.

Hareket başladıktan sonraki kısımda \(F_s = \mu_k n\) formülü ile sürtünme kuvvetini hesaplayabilirsiniz. "\(\mu_k\)" kinetik sürtünme katsayısıdır. Kayak takımı ile buz arasındaki sürtünme katsayısı çok düşükken, ayakkabı ile çakıllı yolun arasındaki sürtünme katsayısı çok daha yüksektir.

Hareket başlayana kadar olan kısımda ise \(F_s \le \mu_s n\) geçerlidir. Burada da bir piyanoyu itmeye çalıştığınızı düşünün (piyano sizi kesmiyorsa bir otomobili ittiğinizi düşünün). Olanca gücünüzü veriyorsunuz ve hareket etmiyor. İşte statik sürtünme katsayısı \(\mu_s\) nin yönettiği bölgedesiniz. Hareket etmeye başladığı anda ise kinetik sürtünme katsayısı \(\mu_k\) sizi etkisi altına alacak ve az önce izah edildiği gibi hareket başladıktan sonraki bölgeye girmiş olacaksınız.