ყველა სტუდენტმა იცის, რომ როდესაც არის კონტაქტი ორ მყარ ზედაპირს შორის, წარმოიქმნება ე.წ. ხახუნის ძალა. მოდით განვიხილოთ ამ სტატიაში რა არის ეს, ყურადღება გავამახვილოთ ხახუნის ძალის გამოყენების წერტილზე.
რა სახის ხახუნის ძალა არსებობს?
ხახუნის ძალის გამოყენების წერტილის განხილვამდე აუცილებელია მოკლედ გავიხსენოთ ხახუნის რა ტიპები არსებობს ბუნებაში და ტექნოლოგიაში.
მოდით დავიწყოთ სტატიკური ხახუნის განხილვა. ეს ტიპი ახასიათებს მყარი სხეულის მდგომარეობას ზოგიერთ ზედაპირზე მოსვენებულ მდგომარეობაში. დასვენების ხახუნი ხელს უშლის სხეულის ნებისმიერ გადაადგილებას დასვენების მდგომარეობიდან. მაგალითად, სწორედ ამ ძალის მოქმედების გამო გვიჭირს იატაკზე მდგარი კაბინეტის გადატანა.
მოცურების ხახუნი ხახუნის კიდევ ერთი სახეობაა. იგი ვლინდება ერთმანეთზე მოცურების ორ ზედაპირს შორის შეხების შემთხვევაში. მოცურების ხახუნი ეწინააღმდეგება მოძრაობას (ხახუნის ძალის მიმართულება სხეულის სიჩქარის საპირისპიროა). მისი მოქმედების თვალსაჩინო მაგალითია მოთხილამურე ან მოციგურავე, რომელიც ყინულზე სრიალებს თოვლზე.
საბოლოოდ, მესამე ტიპის ხახუნი არის მოძრავი. ის ყოველთვის არსებობს, როდესაც ერთი სხეული მეორის ზედაპირზე ტრიალებს. მაგალითად, ბორბლის ან საკისრების გორვა არის მთავარი მაგალითი, სადაც მოძრავი ხახუნი მნიშვნელოვანია.
აღწერილი ტიპებიდან პირველი ორი წარმოიქმნება უხეში ზედაპირებზე. მესამე ტიპი წარმოიქმნება მოძრავი სხეულის დეფორმაციული ჰისტერეზის გამო.
მოცურების და დასვენების ხახუნის ძალების გამოყენების წერტილები
ზემოთ ითქვა, რომ სტატიკური ხახუნი ხელს უშლის გარე მოქმედ ძალას, რომელიც მიდრეკილია ობიექტის გადაადგილებისკენ კონტაქტის ზედაპირის გასწვრივ. ეს ნიშნავს, რომ ხახუნის ძალის მიმართულება ეწინააღმდეგება ზედაპირის პარალელურად გარეგანი ძალის მიმართულებას. განხილული ხახუნის ძალის გამოყენების წერტილი არის ორ ზედაპირს შორის კონტაქტის არეში.
მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ სტატიკური ხახუნის ძალა არ არის მუდმივი მნიშვნელობა. მას აქვს მაქსიმალური მნიშვნელობა, რომელიც გამოითვლება შემდეგი ფორმულით:
Ft=μtN.
თუმცა, ეს მაქსიმალური მნიშვნელობა ჩნდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც სხეული იწყებს მოძრაობას. ნებისმიერ სხვა შემთხვევაში, სტატიკური ხახუნის ძალა ზუსტად უდრის აბსოლუტურ მნიშვნელობას გარე ძალის პარალელური ზედაპირის.
რაც შეეხება მოცურების ხახუნის ძალის გამოყენების წერტილს, ის არ განსხვავდება სტატიკური ხახუნისგან. სტატიკური და მოცურების ხახუნის განსხვავებაზე საუბრისას, უნდა აღინიშნოს ამ ძალების აბსოლუტური მნიშვნელობა. ამრიგად, მოცურების ხახუნის ძალა მოცემული წყვილი მასალისთვის არის მუდმივი მნიშვნელობა. გარდა ამისა, ის ყოველთვის ნაკლებია სტატიკური ხახუნის მაქსიმალურ ძალაზე.
როგორც ხედავთ, ხახუნის ძალების გამოყენების წერტილი არ ემთხვევა სხეულის სიმძიმის ცენტრს. ეს ნიშნავს, რომ განსახილველი ძალები ქმნიან მომენტს, რომელიც მიმართულია სრიალის სხეულის წინ გადაბრუნებისკენ. ეს უკანასკნელი შეიძლება შეინიშნოს, როდესაც ველოსიპედისტი ძლიერად ამუხრუჭებს წინა ბორბალს.
მოძრავი ხახუნა და მისი გამოყენების წერტილი
რადგან მოძრავი ხახუნის ფიზიკური მიზეზი განსხვავდება ზემოთ განხილული ხახუნის ტიპებისგან, მოძრავი ხახუნის ძალის გამოყენების წერტილი ოდნავ განსხვავებული ხასიათისაა.
ვუშვათ, რომ მანქანის საჭე ტროტუარზეა. აშკარაა, რომ ეს ბორბალი დეფორმირებულია. ასფალტთან მისი შეხების ფართობი უდრის 2dl, სადაც l არის ბორბლის სიგანე, 2d არის ბორბლისა და ასფალტის გვერდითი კონტაქტის სიგრძე. მოძრავი ხახუნის ძალა, თავისი ფიზიკური არსით, ვლინდება საყრდენის რეაქციის მომენტის სახით, რომელიც მიმართულია ბორბლის ბრუნვის წინააღმდეგ. ეს მომენტი გამოითვლება შემდეგნაირად:
M=Nd
თუ გავყოფთ და გავამრავლებთ ბორბლის R რადიუსზე, მივიღებთ:
M=Nd/RR=FtR სადაც Ft=Nd/R
ამგვარად, მოძრავი ხახუნის ძალა Ft რეალურად არის საყრდენის რეაქცია, რომელიც ქმნის ძალის მომენტს, რომელიც ანელებს ბორბლის ბრუნვას.
ამ ძალის გამოყენების წერტილი მიმართულია ვერტიკალურად ზევით სიბრტყის ზედაპირის მიმართ და გადაადგილებულია მასის ცენტრიდან მარჯვნივ d-ით (ვივარაუდოთ, რომ ბორბალი მოძრაობს მარცხნიდან მარჯვნივ).
პრობლემის გადაჭრის მაგალითი
აქციანებისმიერი სახის ხახუნის ძალა ანელებს სხეულების მექანიკურ მოძრაობას, ხოლო მათ კინეტიკური ენერგია სითბოდ გარდაქმნის. მოდით გადავჭრათ შემდეგი პრობლემა:
წელი სრიალებს დახრილ ზედაპირზე. მისი მოძრაობის აჩქარების გამოთვლა აუცილებელია, თუ ცნობილია, რომ სრიალის კოეფიციენტი არის 0,35, ხოლო ზედაპირის დახრილობის კუთხე 35o.
მოდით განვიხილოთ რა ძალები მოქმედებენ ზოლზე. პირველ რიგში, გრავიტაციული კომპონენტი მიმართულია ქვემოთ მოცურების ზედაპირის გასწვრივ. უდრის:
F=mgsin(α)
მეორე, მუდმივი ხახუნის ძალა მოქმედებს სიბრტყის გასწვრივ ზემოთ, რომელიც მიმართულია სხეულის აჩქარების ვექტორის წინააღმდეგ. ის შეიძლება განისაზღვროს ფორმულით:
Ft=μtN=μtმგკოშ (ა)
შემდეგ ნიუტონის კანონი აჩქარებით მოძრავი ზოლისთვის მიიღებს ფორმას:
ma=mgsin(α) - μtmgcos(α)=>
a=gsin(a) - μtgcos(α)
მონაცემების ტოლობით ჩანაცვლებით, მივიღებთ, რომ a=2,81 მ/წმ2. გაითვალისწინეთ, რომ ნაპოვნი აჩქარება არ არის დამოკიდებული ზოლის მასაზე.
