ხახუნის ძალა არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ხელს უშლის სხეულის ნებისმიერ მოძრაობას. ეს ხდება, როგორც წესი, როდესაც სხეულები მოძრაობენ მყარ, თხევად და აირისებრ ნივთიერებებში. სხვადასხვა სახის ხახუნის ძალები მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ ადამიანის ცხოვრებაში, რადგან ისინი ხელს უშლიან სხეულების სიჩქარის გადაჭარბებულ ზრდას.
ხახუნის ძალების კლასიფიკაცია
ზოგად შემთხვევაში, ყველა სახის ხახუნის ძალები აღწერილია სამი ტიპით: სრიალის, მოძრავი და დასვენების ხახუნის ძალა. პირველი სტატიკურია, დანარჩენი ორი დინამიური. მოსვენების დროს ხახუნი ხელს უშლის სხეულს მოძრაობის დაწყებას, თავის მხრივ, სრიალისას ხახუნი არსებობს, როდესაც სხეული მისი მოძრაობისას ერევა სხვა სხეულის ზედაპირს. მოძრავი ხახუნა ხდება მრგვალი ობიექტის მოძრაობისას. ავიღოთ მაგალითი. ამ ტიპის (მოძრავი ხახუნის ძალა) თვალსაჩინო მაგალითია მანქანის ბორბლების მოძრაობა ასფალტზე.
ხახუნის ძალების ბუნება არის მიკროსკოპული ნაკლოვანებების არსებობა ორი სხეულის ხახუნის ზედაპირებს შორის. ამ მიზეზით, შედეგად მიღებული ძალა მოქმედებსობიექტი, რომელიც მოძრაობს ან იწყებს მოძრაობას, შედგება საყრდენი N-ის ნორმალური რეაქციის ძალის ჯამისაგან, რომელიც მიმართულია შეხების სხეულების ზედაპირზე პერპენდიკულურად, და ხახუნის ძალის F. ეს უკანასკნელი მიმართულია პარალელურად. საკონტაქტო ზედაპირი და სხეულის მოძრაობის საწინააღმდეგოა.
ხახუნი ორ მყარის შორის
სხვადასხვა ტიპის ხახუნის ძალების საკითხის განხილვისას, ორი მყარი სხეულისთვის დაფიქსირდა შემდეგი ნიმუშები:
- ხახუნის ძალა მიმართულია საყრდენი ზედაპირის პარალელურად.
- ხახუნის კოეფიციენტი დამოკიდებულია კონტაქტური ზედაპირების ბუნებაზე, ასევე მათ მდგომარეობაზე.
- მაქსიმალური ხახუნის ძალა პირდაპირპროპორციულია ნორმალურ ძალასთან ან დამხმარე რეაქციასთან, რომელიც მოქმედებს კონტაქტურ ზედაპირებს შორის.
- იგივე სხეულებისთვის, ხახუნის ძალა უფრო დიდია, სანამ სხეული იწყებს მოძრაობას და შემდეგ მცირდება, როდესაც სხეული იწყებს მოძრაობას.
- ხახუნის კოეფიციენტი არ არის დამოკიდებული კონტაქტის ზონაზე და პრაქტიკულად არ არის დამოკიდებული სრიალის სიჩქარეზე.
კანონები
მოძრაობის კანონების შესახებ ექსპერიმენტული მასალის შეჯამებით, ჩვენ დავადგინეთ შემდეგი ძირითადი კანონები ხახუნის შესახებ:
- წინააღმდეგობა ორ სხეულს შორის სრიალის მიმართ პროპორციულია მათ შორის მოქმედი ნორმალური ძალისა.
- მდგრადობა გადაადგილების მიმართ სხეულებს შორის არ არის დამოკიდებული მათ შორის არსებულ კონტაქტზე.
მეორე კანონის დემონსტრირებისთვის შეგვიძლია მოვიყვანოთ შემდეგი მაგალითი: თუ აიღებთ ბლოკს და გადაადგილდებით ზედაპირზე სრიალის გზით, მაშინ ასეთი მოძრაობისთვის საჭირო ძალაიგივე იქნება, როდესაც ბლოკი დევს ზედაპირზე თავისი გრძელი გვერდით და როცა დგას ბოლოთი.
ფიზიკაში სხვადასხვა სახის ხახუნის ძალების შესახებ კანონები აღმოაჩინა მე-15 საუკუნის ბოლოს ლეონარდ და ვინჩის მიერ. შემდეგ ისინი დიდი ხნის განმავლობაში დავიწყებას მიეცა და მხოლოდ 1699 წელს აღმოაჩინა ისინი ფრანგმა ინჟინერმა ამონტონმა. მას შემდეგ ხახუნის კანონები ატარებს მის სახელს.
რატომ არის ხახუნის ძალა უფრო დიდი ვიდრე მოსვენების დროს სრიალისას?
ხახუნის ძალების რამდენიმე ტიპის განხილვისას (დასვენება და სრიალი), უნდა აღინიშნოს, რომ სტატიკური ხახუნის ძალა ყოველთვის ნაკლებია ან ტოლია სტატიკური ხახუნის კოეფიციენტისა და საყრდენის რეაქციის ძალის ნამრავლზე. ხახუნის კოეფიციენტი განისაზღვრება ექსპერიმენტულად ამ სასუქის მასალებისთვის და შეტანილია შესაბამის ცხრილებში.
დინამიური ძალა გამოითვლება ისევე, როგორც სტატიკური ძალა. მხოლოდ ამ შემთხვევაში, ხახუნის კოეფიციენტი გამოიყენება სპეციალურად სრიალისთვის. ხახუნის კოეფიციენტი ჩვეულებრივ აღინიშნება ბერძნული ასო Μ (mu). ამრიგად, ორივე ხახუნის ძალის ზოგადი ფორმულა არის: Ftr=ΜN, სადაც N არის დამხმარე რეაქციის ძალა.
ამ ტიპის ხახუნის ძალებს შორის განსხვავების ბუნება ზუსტად არ არის დადგენილი. თუმცა, მეცნიერთა უმეტესობა თვლის, რომ სტატიკური ხახუნის ძალა უფრო დიდია, ვიდრე სრიალისას, რადგან როდესაც სხეულები გარკვეული დროის განმავლობაში მოსვენებულნი არიან ერთმანეთთან შედარებით, მათ ზედაპირებს შორის შეიძლება წარმოიქმნას იონური ბმები ან ზედაპირის ცალკეული წერტილების მიკროშერწყმა. ეს ფაქტორები იწვევს სტატიკის ზრდასმაჩვენებელი.
რამდენიმე სახის ხახუნის ძალის და მათი გამოვლინების მაგალითია მანქანის ძრავის ცილინდრში არსებული დგუში, რომელიც ცილინდრზე „იდუღება“, თუ ძრავა დიდი ხნის განმავლობაში არ მუშაობს.
ჰორიზონტალური მოცურების კორპუსი
მოდით მივიღოთ სხეულის მოძრაობის განტოლება, რომელიც გარეგანი ძალის F-ში იწყებს მოძრაობას ზედაპირის გასწვრივ სრიალის გზით. ამ შემთხვევაში სხეულზე მოქმედებს შემდეგი ძალები:
- Fv - გარე ძალა;
- Ftr - ხახუნის ძალა, რომელიც მიმართულია საპირისპირო ძალის მიმართ Fv;
- N არის საყრდენის რეაქციის ძალა, რომელიც აბსოლუტური მნიშვნელობით უდრის P სხეულის წონას და მიმართულია ზედაპირისკენ, ანუ მის მიმართ სწორი კუთხით.
ყველა ძალის მიმართულებების გათვალისწინებით, ჩვენ ვწერთ ნიუტონის მეორე კანონს მოძრაობის ამ შემთხვევისთვის: Fv - Ftr=ma, სადაც m - სხეულის მასა, a - მოძრაობის აჩქარება. იმის ცოდნა, რომ Ftr=MN, N=P=mg, სადაც g არის თავისუფალი დაცემის აჩქარება, მივიღებთ: Fv – Μმგ=მა. საიდანაც, გამოვხატავთ აჩქარებას, რომლითაც მოძრაობს მოძრავი სხეული, მივიღებთ: a=F-ში /მ – Μg.
-ში
ხისტი სხეულის მოძრაობა სითხეში
როდესაც განვიხილავთ რა ტიპის ხახუნის ძალებს, უნდა აღინიშნოს ფიზიკაში მნიშვნელოვანი ფენომენი, რომელიც არის აღწერა, თუ როგორ მოძრაობს მყარი სხეული სითხეში. ამ შემთხვევაში საუბარია აეროდინამიკურ ხახუნაზე, რომელიც განისაზღვრება სითხეში სხეულის სიჩქარის მიხედვით. არსებობს ორი სახის მოძრაობა:
- როდისხისტი სხეული მოძრაობს დაბალი სიჩქარით, საუბარია ლამინარულ მოძრაობაზე. ლამინარული მოძრაობისას ხახუნის ძალა სიჩქარის პროპორციულია. ამის მაგალითია სტოქსის კანონი სფერული სხეულებისთვის.
- როდესაც სხეულის მოძრაობა სითხეში უფრო მაღალი სიჩქარით ხდება, ვიდრე გარკვეული ზღვრული მნიშვნელობა, მაშინ სითხის ნაკადებიდან მორევები იწყება სხეულის გარშემო. ეს მორევები ქმნის დამატებით ძალას, რომელიც აფერხებს მოძრაობას და შედეგად, ხახუნის ძალა სიჩქარის კვადრატის პროპორციულია.
მოძრავი ხახუნის ძალის ბუნება
როდესაც ვსაუბრობთ ხახუნის ძალების ტიპებზე, ჩვეულებრივ, მოძრავი ხახუნის ძალას მესამე ტიპი ვუწოდოთ. ის ვლინდება მაშინ, როდესაც სხეული მოძრაობს გარკვეულ ზედაპირზე და ხდება ამ სხეულის დეფორმაცია და თავად ზედაპირი. ანუ აბსოლუტურად არადეფორმირებადი სხეულისა და ზედაპირის შემთხვევაში მოძრავი ხახუნის ძალაზე ლაპარაკს აზრი არ აქვს. მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ.
მოძრავი ხახუნის კოეფიციენტის კონცეფცია სრიალის მსგავსია. იმის გამო, რომ გადაადგილებისას სხეულების ზედაპირებს შორის არ არის სრიალი, მოძრავი ხახუნის კოეფიციენტი გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე სრიალისას.
მთავარი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს კოეფიციენტზე, არის მექანიკური ენერგიის ჰისტერეზისი მოძრავი ხახუნის ძალის ტიპისთვის. კერძოდ, ბორბალი, იმისდა მიხედვით, თუ რა მასალისგან არის დამზადებული, ასევე ტვირთის დატვირთვის მიხედვით, მოძრაობისას ელასტიურად დეფორმირებულია. ელასტიური დეფორმაციის განმეორებითი ციკლები იწვევს მექანიკური ენერგიის ნაწილის თერმულ ენერგიაში გადატანას. გარდა ამისა, იმის გამოდაზიანება, ბორბლისა და ზედაპირის კონტაქტს უკვე აქვს გარკვეული სასრული კონტაქტის არე.
მოძრავი ხახუნის ძალის ფორმულა
თუ გამოვიყენებთ გამოხატულებას ძალის მომენტისთვის, რომელიც ბრუნავს ბორბალს, მაშინ მივიღებთ, რომ მოძრავი ხახუნის ძალა არის Ftr.k.=Μ k N / R, აქ N არის საყრდენის რეაქცია, R არის ბორბლის რადიუსი, Μk – მოძრავი ხახუნის კოეფიციენტი. ამრიგად, მოძრავი ხახუნის ძალა უკუპროპორციულია რადიუსთან, რაც ხსნის დიდი ბორბლების უპირატესობას მცირეზე.
ამ ძალის შებრუნებული პროპორციულობა ბორბლის რადიუსთან მიგვანიშნებს, რომ სხვადასხვა რადიუსის ორი ბორბლის შემთხვევაში, რომლებსაც აქვთ იგივე მასა და დამზადებულია ერთი და იგივე მასალისგან, უფრო დიდი რადიუსის მქონე ბორბალი უფრო ადვილია. გადადგომა.
მოძრავი კოეფიციენტი
ამ ტიპის ხახუნის ძალის ფორმულის შესაბამისად მივიღებთ, რომ მოძრავი ხახუნის კოეფიციენტს Μk აქვს სიგრძის განზომილება. ეს ძირითადად დამოკიდებულია კონტაქტური ორგანოების ბუნებაზე. მნიშვნელობას, რომელიც განისაზღვრება მოძრავი ხახუნის კოეფიციენტის რადიუსთან შეფარდებით, ეწოდება მოძრავი კოეფიციენტი, ანუ Ck=Μk /R არის განზომილებიანი სიდიდე.
მოძრავი კოეფიციენტი Ck მნიშვნელოვნად ნაკლებია მოცურების ხახუნის კოეფიციენტზე Μtr. ამიტომ, როდესაც ვპასუხობთ კითხვას, თუ რომელი ტიპის ხახუნის ძალაა ყველაზე მცირე, შეგვიძლია უსაფრთხოდ ვუწოდოთ მოძრავი ხახუნის ძალა. ამ ფაქტის წყალობით, ბორბლის გამოგონება ტექნოლოგიური პროგრესის მნიშვნელოვან ნაბიჯად ითვლება.კაცობრიობა.
მოძრავი თანაფარდობა არის სისტემის სპეციფიკური და დამოკიდებულია შემდეგ ფაქტორებზე:
- ბორბლისა და ზედაპირის სიხისტე (რაც უფრო მცირეა სხეულების დეფორმაცია, რომელიც ხდება მოძრაობის დროს, მით უფრო დაბალია მოძრავი კოეფიციენტი);
- ბორბლის რადიუსი;
- წონა, რომელიც მოქმედებს საჭეზე;
- კონტაქტის ზედაპირის ფართობი და მისი ფორმა;
- სიბლანტე ბორბალსა და ზედაპირს შორის შეხების არეში;
- სხეულის ტემპერატურა
