Екі қатты беттің жанасуы кезінде үйкеліс күші деп аталатын күш пайда болатынын әрбір оқушы біледі. Осы мақалада үйкеліс күшін қолдану нүктесіне назар аудара отырып, оның не екенін қарастырайық.
Үйкеліс күшінің қандай түрлері бар?
Үйкеліс күшін қолдану нүктесін қарастырмас бұрын, табиғатта және технологияда үйкелістің қандай түрлері бар екенін қысқаша еске түсіру қажет.
Статикалық үйкелісті қарастырайық. Бұл тип қатты дененің қандай да бір бетінде тыныштық күйін сипаттайды. Тыныштық үйкелісі дененің тыныштық күйінен кез келген ығысуын болдырмайды. Мысалы, дәл осы күштің әсерінен бізде еденде тұрған шкафты жылжыту қиынға соғады.
Жылжымалы үйкеліс үйкелістің тағы бір түрі. Ол бір-біріне сырғанап жатқан екі беттің жанасуы жағдайында көрінеді. Сырғымалы үйкеліс қозғалысқа қарсы тұрады (үйкеліс күшінің бағыты дененің жылдамдығына қарама-қарсы). Оның әрекетінің жарқын мысалы - қарда мұзда сырғанап бара жатқан шаңғышы немесе конькиші.
Соңында үйкелістің үшінші түрі домалау. Ол әрқашан бір дененің екінші дененің бетінде домалап тұрғанда болады. Мысалы, доңғалақтың немесе мойынтіректердің домалауы - домалау үйкелісінің маңызды мысалдары.
Сипатталған түрлердің алғашқы екеуі ысқылау беттеріндегі кедір-бұдырлыққа байланысты пайда болады. Үшінші түрі домалау денесінің деформациялық гистерезисіне байланысты пайда болады.
Сырғу және тыныш үйкеліс күштерін қолдану нүктелері
Жоғарыда статикалық үйкеліс объектіні жанасу беті бойымен жылжытуға бейім сыртқы әсер етуші күштің алдын алатыны айтылды. Бұл үйкеліс күшінің бағыты бетке параллель сыртқы күштің бағытына қарама-қарсы екенін білдіреді. Қарастырылған үйкеліс күшін қолдану нүктесі екі беттің жанасу аймағында болады.
Статикалық үйкеліс күші тұрақты мән емес екенін түсіну маңызды. Оның ең үлкен мәні бар, ол келесі формула арқылы есептеледі:
Ft=µtN.
Алайда бұл максималды мән дене қозғалысын бастағанда ғана пайда болады. Кез келген басқа жағдайда статикалық үйкеліс күші абсолютті мәнде сыртқы күштің параллель бетіне тура тең.
Сырғанау үйкеліс күшінің әсер ету нүктесіне келетін болсақ, оның статикалық үйкеліс күшінен айырмашылығы жоқ. Статикалық және сырғанау үйкелісінің айырмашылығы туралы айтқанда, бұл күштердің абсолютті маңыздылығын атап өту керек. Осылайша, берілген жұп материалдар үшін сырғанау үйкеліс күші тұрақты шама болып табылады. Оған қоса, ол әрқашан статикалық үйкелістің максималды күшінен аз болады.
Көріп отырғаныңыздай, үйкеліс күштерінің әсер ету нүктесі дененің ауырлық центрімен сәйкес келмейді. Бұл қарастырылып отырған күштер сырғанау денені алға қарай аударатын момент жасайды дегенді білдіреді. Соңғысын велосипедші алдыңғы доңғалақпен қатты тежеген кезде байқауға болады.
Айналмалы үйкеліс және оның қолдану нүктесі
Айналмалы үйкелістің физикалық себебі жоғарыда қарастырылған үйкеліс түрлерінен басқа болғандықтан, домалау үйкеліс күшін қолдану нүктесі сәл өзгеше сипатқа ие.
Көліктің дөңгелегі тротуарда тұр деп есептейік. Бұл дөңгелектің деформацияланғаны анық. Оның асфальтпен жанасу ауданы 2dl тең, мұндағы l – дөңгелектің ені, 2d – дөңгелек пен асфальттың бүйірлік жанасуының ұзындығы. Домалау үйкеліс күші өзінің физикалық мәні бойынша дөңгелектің айналуына қарсы бағытталған тіректің реакциялық моменті түрінде көрінеді. Бұл сәт келесідей есептеледі:
M=Nd
Егер оны бөліп, R дөңгелегі радиусына көбейтсек, мынаны аламыз:
M=Nd/RR=FtR мұнда Ft=Nd/R
Осылайша, домалау үйкеліс күші Ft шын мәнінде тірек реакциясы болып табылады, ол дөңгелектің айналуын бәсеңдетуге бейім күш моментін жасайды.
Бұл күштің әсер ету нүктесі жазықтықтың бетіне қатысты тігінен жоғары бағытталған және масса центрінен d-ке оңға ығысады (дөңгелек солдан оңға қарай жылжиды деп есептегенде).
Есептерді шешу мысалы
ӘрекетКез келген түрдегі үйкеліс күші денелердің кинетикалық энергиясын жылуға айналдыра отырып, олардың механикалық қозғалысын бәсеңдетуге бейім. Келесі мәселені шешейік:
жолақ көлбеу бетке сырғанайды. Егер сырғанау үшін коэффициент 0,35, ал бетінің көлбеу бұрышы 35o екені белгілі болса, оның қозғалысының үдеуін есептеу қажет.
Штангаға қандай күштер әсер ететінін қарастырайық. Біріншіден, гравитация құрамдас бөлігі сырғанау бетінің бойымен төмен бағытталған. Ол мынаған тең:
F=mgsin(α)
Екіншіден, дененің үдеу векторына қарсы бағытталған тұрақты үйкеліс күші жазықтық бойымен жоғары қарай әрекет етеді. Оны мына формула бойынша анықтауға болады:
Ft=µtN=µtmgcos (α)
Онда a үдеуімен қозғалатын жолақ үшін Ньютон заңы келесідей болады:
ma=mgsin(α) - µtmgcos(α)=>
a=gsin(α) - µtgcos(α)
Деректерді теңдікке ауыстырсақ, a=2,81 м/с2 екенін аламыз. Табылған үдеу жолақтың массасына тәуелді емес екенін ескеріңіз.
