როგორ ვიპოვოთ ხახუნის კოეფიციენტი: ექსპერიმენტული მეთოდები

2024 ავტორი: Angel Austin | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-02 17:50

ხახუნი არის ფიზიკური პროცესი, რომლის გარეშეც ჩვენს სამყაროში მოძრაობა ვერ იარსებებს. ფიზიკაში, ხახუნის ძალის აბსოლუტური მნიშვნელობის გამოსათვლელად, აუცილებელია ვიცოდეთ სპეციალური კოეფიციენტი განსახილველი ზედაპირებისთვის. როგორ მოვძებნოთ ხახუნის კოეფიციენტი? ეს სტატია გასცემს პასუხს ამ კითხვაზე.

ხახუნი ფიზიკაში

კითხვაზე, თუ როგორ უნდა ვიპოვოთ ხახუნის კოეფიციენტი, უნდა გავითვალისწინოთ რა არის ხახუნი და რა ძალით ახასიათებს მას.

ფიზიკაში არსებობს ამ პროცესის სამი ტიპი, რომელიც ხდება მყარ ობიექტებს შორის. ეს არის დასვენების, სრიალისა და მოძრავის ხახუნი. ხახუნი ყოველთვის ხდება, როდესაც გარე ძალა ცდილობს ობიექტის გადაადგილებას. მოცურების ხახუნი, როგორც სახელიდან ჩანს, ხდება მაშინ, როდესაც ერთი ზედაპირი მეორეზე სრიალებს. დაბოლოს, მოძრავი ხახუნა ხდება მაშინ, როდესაც მრგვალი ობიექტი (ბორბალი, ბურთი) მოძრაობს ზოგიერთ ზედაპირზე.

ყველა ტიპს საერთო აქვს ის ფაქტი, რომ ისინი ხელს უშლიან ვინმესმოძრაობა და მათი ძალების გამოყენების წერტილი არის ორი ობიექტის ზედაპირებს შორის კონტაქტის არეში. ასევე, ყველა ეს ტიპი გარდაქმნის მექანიკურ ენერგიას სითბოდ.

სრიალისა და სტატიკური ხახუნის ძალები გამოწვეულია მიკროსკოპული უხეშობით ზედაპირებზე, რომლებიც ხახუნებს. გარდა ამისა, ეს ტიპები განპირობებულია დიპოლ-დიპოლური და სხვა სახის ურთიერთქმედებით ატომებსა და მოლეკულებს შორის, რომლებიც ქმნიან წებოვან სხეულებს.

მოძრავი ხახუნის მიზეზი დაკავშირებულია ელასტიური დეფორმაციის ჰისტერეზთან, რომელიც ჩნდება მოძრავ ობიექტსა და ზედაპირს შორის შეხების ადგილზე.

ხახუნის ძალა და ხახუნის კოეფიციენტი

მყარი ხახუნის ძალების სამივე ტიპი აღწერილია გამონათქვამებით, რომლებსაც აქვთ იგივე ფორმა. აი ის:

F_t=μ_tN.

აქ N არის სხეულზე ზედაპირის პერპენდიკულურად მოქმედი ძალა. მას მხარდაჭერის რეაქცია ჰქვია. მნიშვნელობა μ_{t - ეწოდება შესაბამისი ტიპის ხახუნის კოეფიციენტს.}

კოეფიციენტები სრიალისა და დასვენების ხახუნისთვის არის განზომილებიანი სიდიდეები. ამის გაგება შესაძლებელია ხახუნის ძალისა და ხახუნის კოეფიციენტის თანასწორობის დათვალიერებით. განტოლების მარცხენა მხარე გამოიხატება ნიუტონებში, მარჯვენა მხარე ასევე გამოიხატება ნიუტონებში, რადგან N არის ძალა.

რაც შეეხება მოძრავ ხახუნს, მისი კოეფიციენტი ასევე იქნება უგანზომილებიანი მნიშვნელობა, თუმცა ის განისაზღვრება, როგორც დრეკადობის დეფორმაციის წრფივი მახასიათებლის თანაფარდობა მოძრავი ობიექტის რადიუსთან.

უნდა ითქვას, რომ სრიალის და დასვენების ხახუნის კოეფიციენტების ტიპიური მნიშვნელობები არის ერთეულის მეათედი. ხახუნისთვისმოძრავი, ეს კოეფიციენტი შეესაბამება ერთეულის მეასედს და მეათასედს.

როგორ ვიპოვოთ ხახუნის კოეფიციენტი?

კოეფიციენტი μ_{t დამოკიდებულია უამრავ ფაქტორზე, რომელთა გათვალისწინება მათემატიკურად რთულია. ჩვენ ჩამოვთვლით რამდენიმე მათგანს:}

• მასალა ზედაპირების მოსასხმელად;
• ზედაპირის ხარისხი;
• მასზე ჭუჭყის, წყლის და ასე შემდეგ არსებობა;
• ზედაპირის ტემპერატურა.

ამიტომ, არ არსებობს μ_t-ის ფორმულა და ის უნდა გაიზომოს ექსპერიმენტულად. იმის გასაგებად, თუ როგორ უნდა ვიპოვოთ ხახუნის კოეფიციენტი, ის უნდა იყოს გამოხატული F_{t ფორმულიდან. ჩვენ გვაქვს:}

µ_t =F_t/N.

გამოდის, რომ მ_{tუნდა ვიპოვოთ ხახუნის ძალა და დამხმარე რეაქცია.}

შესაბამისი ექსპერიმენტი ტარდება შემდეგნაირად:

1. აიღეთ სხეული და თვითმფრინავი, მაგალითად, ხისგან.
2. მიამაგრეთ დინამომეტრი სხეულზე და თანაბრად გადაიტანეთ იგი ზედაპირზე.

ამავდროულად, დინამომეტრი აჩვენებს გარკვეულ ძალას, რომელიც უდრის F_{t. გრუნტის რეაქცია ჰორიზონტალურ ზედაპირზე სხეულის წონის ტოლია.}

აღწერილი მეთოდი საშუალებას გაძლევთ გაიგოთ რა არის სტატიკური და მოცურების ხახუნის კოეფიციენტი. ანალოგიურად, თქვენ შეგიძლიათ ექსპერიმენტულად განსაზღვროთ μ_{tმოძრავი.}

სხვა ექსპერიმენტული მეთოდი μ_{t-ის დასადგენად მოცემულია პრობლემის სახით შემდეგ აბზაცში.}

პრობლემა გამოთვლა μt

ხის სხივი მინის ზედაპირზეა.ზედაპირის შეუფერხებლად დახრილობით, აღმოვაჩინეთ, რომ სხივის სრიალი იწყება 15o დახრილობის კუთხით. რა არის სტატიკური ხახუნის კოეფიციენტი ხე-მინის წყვილისთვის?

როდესაც სხივი დახრილ სიბრტყეზე იყო 15o, მაშინ მისთვის დანარჩენ ხახუნის ძალას ჰქონდა მაქსიმალური მნიშვნელობა. უდრის:

F_t=mgsin(a).

ძალა N განისაზღვრება ფორმულით:

N=mgcos(α).

მ_{t ფორმულის გამოყენებით, მივიღებთ:}

µ_t=F_{t/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).}

ა კუთხის ჩანაცვლებით მივდივართ პასუხამდე: μ_{t=0, 27.}