Presentasi dalam fisika dengan topik "Gaya Gesekan antara Permukaan Padat yang Bersebelahan" (Kelas 10). Pengantar teoritis. Gesekan terjadi pada permukaan kontak dua benda padat Ketergantungan gaya gesekan pada gaya gravitasi

Gesekan terjadi pada permukaan kontak dua benda padat. Ini memainkan peran penting baik dalam teknologi maupun dalam kehidupan sehari-hari. Ada tiga jenis gesekan eksternal: gesekan statis, gesekan geser, gesekan bergulir. Besarnya gaya gesekan dan sifat ketergantungannya pada kecepatan secara signifikan dipengaruhi oleh keadaan permukaan, pemrosesannya, adanya kontaminasi, dll. Namun, besarnya gaya ini tergantung pada besarnya tekanan normal antara permukaan. Gaya gesekan antara benda padat yang bersentuhan memiliki ciri khas: tidak hilang seiring dengan kecepatan. Gaya gesekan yang terjadi antara benda-benda yang bersentuhan tetapi tidak bergerak disebut friksi statis. Besar dan arah gaya gesek statis ditentukan oleh besar dan arah gaya luar yang seharusnya menyebabkan slip. Gaya gesekan statis sama besarnya dan berlawanan arah dengan gaya luar yang menyebabkan gerakan. Gaya gesekan statis tidak dapat melebihi nilai tertentu, yang disebut gaya gesekan statis maksimum (atau gaya gesekan statis). Selama gaya luar tidak melebihi nilai ini, slip tidak terjadi (Gbr. 6.1). Nilai maksimum diikuti oleh penurunan yang tajam dan gaya gesekan geser yang konstan tetap ada.

Gesekan istirahat dan gesekan geser tidak bergantung pada luas bidang kontak benda padat. Untuk benda-benda ini, gaya gesekan statis dan geser berbanding lurus dengan gaya tekanan N, yang secara bersamaan memampatkan kedua benda:

, , (6.1)

dimana dan adalah koefisien gesekan statik dan geser. Nilai dalam banyak kasus bervariasi dari 0,2 hingga 0,7; - dari 0,2 hingga 0,5.

Gesekan saat istirahat memainkan peran penting dalam teknologi. Ini menentukan jumlah terbesar dari kekuatan pendorong yang diperlukan untuk roda penggerak mobil, serta untuk sol pejalan kaki. Pada titik kontak dengan tanah, roda yang menggelinding dan telapak kaki orang yang bergerak berada dalam keadaan diam relatif terhadap tanah. Oleh karena itu, gesekan bekerja di sini. Gesekan geser, sebaliknya, hampir selalu mengganggu, oleh karena itu, dalam mesin dan peralatan, mereka berusaha untuk mengecualikan, jika mungkin, gesekan eksternal antara bagian yang bergesekan. Ini digantikan oleh gesekan internal lapisan tipis cairan antara bagian yang saling bergerak - ini disebut pelumasan.

Kuliah 4. Gesekan benda padat

Gesekan eksternal, hambatan mekanis yang terjadi pada bidang kontak dari dua benda yang bersentuhan selama gerakan relatifnya. Gaya hambatan F tr yang diarahkan berlawanan dengan gerakan benda tertentu disebut gaya gesekan yang bekerja pada benda ini. Gesekan eksternal adalah proses disipatif, disertai dengan pelepasan panas, elektrisasi benda, penghancurannya, dll.

Bedakan antara gesekan luncur luar dan gesekan gelinding. Geser gesekan- gaya yang timbul dari gerakan translasi salah satu benda yang bersentuhan relatif terhadap yang lain dan bekerja pada benda ini dalam arah yang berlawanan dengan arah geser. gesekan bergulir - momen gaya yang timbul dari penggulingan salah satu dari dua benda yang bersentuhan relatif terhadap yang lain, mencegah penggulingan.

Ciri gesekan geser- koefisien gesekan geser f c - nilai tak berdimensi sama dengan rasio gaya gesekan terhadap beban normal; karakteristik gesekan gelinding adalah koefisien gesekan gelinding f k - nilai yang memiliki dimensi panjang, adalah rasio momen gesekan gelinding dengan beban normal. Kondisi eksternal (beban, kecepatan, kekasaran, suhu, pelumasan) mempengaruhi nilai gesekan eksternal tidak kurang dari sifat benda gosok, mengubahnya beberapa kali.

Mekanisme terjadinya gesekan dijelaskan oleh teori gesekan molekuler-mekanis, yang perkembangannya sangat disumbangkan oleh ilmuwan Rusia (B.V. Deryagin, I.V. Kragelsky, dll.) dan ilmuwan asing (Bowden, Tabor, Tomlinson, dll.). Menurut teori ini, gesekan memiliki sifat mekanik-molekul ganda. Gaya gesekan F tr dapat direpresentasikan sebagai jumlah komponen molekul (perekat) F a dan mekanik (deformasi) F :

Komponen molekuler disebabkan oleh ketahanan terhadap pemutusan ikatan molekul atau interatomik yang terjadi antara benda yang berkontak. Mekanisme proses ini mirip dengan penghancuran kisi kristal selama geser. Disipasi kerja gesekan menjadi panas dikaitkan dengan deformasi elastis kisi kristal. Kerja gaya luar diubah menjadi energi potensial kisi. Setelah

Dalam kasus pertama, permukaan yang tidak dilumasi bersentuhan, ditutupi dengan film oksida dan lapisan tertipis molekul gas dan air yang teradsorpsi dari lingkungan. Dalam hal ini, gaya gesekan adalah jumlah komponen perekat dan kohesif. Gesekan kering dan batas serupa dalam

alam dan memiliki pola yang sama. Alasannya adalah fakta bahwa dalam kasus gesekan batas, lapisan monomolekul pelumas terikat kuat pada permukaan padat, memiliki sifat seperti padatan, dan, seolah-olah, berfungsi sebagai kelanjutan dari fase padat. Oleh karena itu, seperti dalam gesekan kering, sebenarnya ada kontak antara dua permukaan padat. Perbedaannya dimanifestasikan dalam nilai koefisien gesekan yang berbeda.

Dalam kasus kedua, selain film di atas, ada molekul pelumas dalam bentuk lapisan tipis beberapa molekul tebal, yang terikat kuat ke permukaan. Ciri khas dalam hal ini adalah penurunan baik pada salah satu komponen maupun pada komponen lainnya.

Dalam kasus ketiga, lapisan pelumas cair benar-benar memisahkan permukaan kawin. Komponen perekat berkurang menjadi nol.

Sejumlah penelitian telah menunjukkan bahwa untuk logam komponen deformasi dari koefisien gesekan adalah sekitar 100 kali lebih kecil dari komponen adhesi. Oleh karena itu, koefisien gesekan pada pendekatan pertama sama dengan komponen perekat. Situasinya agak berbeda untuk plastik dan karet. Dalam kasus terakhir, perbedaan berkurang lebih dari urutan besarnya, dan jika karet meluncur di atas permukaan yang kasar, komponen deformasi tidak boleh diabaikan.

pelumas dan banyak faktor lainnya.

Beras. 4.2. Skema tribometer

Penentuan gaya dan koefisien gesekan eksternal. Dengan deformasi elastis di zona kontak, interaksi benda padat dapat dilakukan pada kontak tak jenuh dan jenuh.

Dengan kontak tak jenuh elastis jarak antara zona kontak individu cukup besar sehingga pengaruh zona satu sama lain dapat diabaikan. Gaya gesekan total selama meluncur dari benda yang benar-benar kaku dengan permukaan kasar, relatif terhadap benda yang lebih lunak dengan permukaan yang benar-benar rata, akan sama dengan

di mana F i adalah gaya gesekan yang timbul pada kekasaran mikro tunggal; n r adalah jumlah kekasaran mikro yang memiliki penetrasi yang sama.

Untuk menentukan gaya F i, pertimbangkan proses yang terjadi di zona kontak kekasaran mikro tunggal (Gbr. 4.3). Komponen deformasi gaya gesek timbul akibat ketidak sempurnaan elastisitas bahan lapisan yang dapat dideformasi. Hal ini karena kerugian histeresis. Sesuai dengan penelitian ilmuwan Inggris D. Tabor

komponen deformasi gaya gesekan adalah

di mana E adalah modulus elastisitas bahan yang dapat dideformasi; adalah rasio Poisson dari bahan ini; hist adalah koefisien kerugian histeresis material di bawah kondisi keadaan tegangan yang kompleks.

Beras. 4.3. distribusi tegangan selama deformasi elastis di zona kontak bola dengan permukaan datar dari benda yang dapat dideformasi

Komponen molekul gaya gesekan adalah karena interaksi antar atom dan antar molekul dan sama dengan

Maka gaya gesekan total yang timbul dari geseran kekasaran mikro yang sewenang-wenang dapat dinyatakan sebagai berikut:

Gaya gesekan F tr dihitung dari ekspresi (4.4), di mana semua parameter ke-i ditentukan melalui nilai yang diketahui. Jika kita mendefinisikan

beban normal P tergantung pada pendekatan, maka dimungkinkan untuk menghitung koefisien gesekan tergantung pada pendekatan f =

Ftr /P . Perhitungan menunjukkan bahwa sebagai pendekatan antara permukaan padatan meningkat, komponen molekul

koefisien gesekan (berisi parameter gesekan 0 dan ) menurun, sedangkan koefisien deformasi meningkat. Ketergantungan koefisien gesekan pada parameter h/R ditunjukkan pada gambar. 4.4.

Beras. 4.4 Ketergantungan koefisien gesekan pada pendekatan

Hasil percobaan. Perilaku material selama gesekan ditentukan oleh kedalaman propagasi deformasi plastis ke dalam sampel. Dengan peningkatan tekanan normal pada titik kontak yang sebenarnya, deformasi elastis pertama dan kemudian plastis berkembang. Beberapa perubahan bentuk yang terkait dengan rangkak material juga terjadi setelahnya, dalam kondisi beban konstan. Kesetimbangan akhir terbentuk setelah bidang kontak aktual cukup untuk menyediakan daya dukung yang diperlukan. Jadi, setelah berjalan di permukaan, mode gesekan stasioner terbentuk, di mana keausan permukaan seimbang dengan pertumbuhan lapisan cacat baru. pada gambar. Gambar 4.5 dan 4.6 menunjukkan ketergantungan koefisien gesekan pada tekanan dalam mode kondisi mapan pelumasan batas saat menggeser spesimen baja 36NKhTYu dalam keadaan mengeras dan berumur di atas baja yang diperkeras 45. Baja Austenitik 36NKhTYu

struktur dan sifat tribologi bahan dalam setiap kasus tertentu, dalam kaitannya dengan unit gesekan tertentu.

Beras. 4.6. Ketergantungan koefisien gesekan

(k) tekanan untuk paduan 36NKhTYu yang didinginkan dari 9700 C (1) dan berumur setelah pendinginan pada 7500 C selama 1 jam (2)

Gbr.4.7. Ketergantungan koefisien gesekan sampel yang terbuat dari baja 36NKhTYu (a) dan tembaga (b) pada kecepatan geser dan beban

pada gambar. 4.7 menunjukkan permukaan yang dibentuk oleh nilai koefisien gesekan tembaga dan paduan 36NKhTYu, tergantung pada kecepatan geser dan beban. Koefisien gesekan tembaga bervariasi sepanjang kurva dengan maksimum tergantung pada beban pada semua kecepatan. Untuk paduan 36NKhTYu, koefisien gesekan pada kecepatan rendah praktis tidak tergantung pada gaya yang diberikan. Peningkatan beban pada kecepatan tinggi menyebabkan penurunan koefisien gesekan. Hal ini menunjukkan bahwa kontribusi gaya gesek akibat aliran plastis pada lapisan permukaan semakin berkurang. Hal ini dimungkinkan dengan penurunan

viskositas bahan terkait dengan peningkatan eksitasi selama gesekan. Rupanya, proses fragmentasi lapisan permukaan, yang mengarah pada peningkatan mobilitas elemen yang membentuk struktur, penting dalam kasus ini.

Beras. 4.8. Ketergantungan momen gaya gesekan bahan komposit TiC-NiCr (a) pada beban berpasangan dengan berbagai paduan (b - TiC-NiCr; c - 3V16K; d - komposisi berdasarkan KAM perunggu)

Analisis parameter gesekan (Gbr. 4.8) menunjukkan bahwa panas yang dilepaskan di permukaan dan di lapisan dekat permukaan memainkan peran penting dalam proses kontak dua bahan dengan slip relatifnya.

Memang, contoh pengaruh suhu kontak pada proses gesekan dapat berupa perilaku material komposit TiC-NiCr selama gesekan bersama material, di antaranya adalah TiC-NiCr CM, stellite, dan “hard alloy-bronze” komposisi, yang berbeda dalam konduktivitas termal. Dalam pengujian ini, ketika antarmuka dalam bentuk segel mekanis, penghilangan panas dari zona gesekan dapat dilakukan terutama karena konduktivitas termal dari bahan yang bersentuhan. Karena konduktivitas termal CM TiCNiCr dan stellite (3V16K) jauh lebih rendah daripada komposit CM yang dikembangkan untuk unit gesekan berbeban tinggi, sifat gesekan harus berbeda. Memang, dari Gambar. 4.8b dapat dilihat bahwa gesekan sepasang CM TiC-NiCr yang identik menjadi tidak stabil setelah beberapa menit beroperasi pada beban 1 t. Peningkatan beban menjadi 2 t disertai dengan lonjakan torsi gesekan, yang menunjukkan

Beras. 4.9. Representasi skematis dari distribusi suhu di lapisan permukaan dalam kasus deformasi plastis selama gesekan

Gaya gesek. Jenis gaya gesekan kering

Gaya gesekan muncul ketika benda yang bersentuhan atau bagian-bagiannya bergerak relatif satu sama lain. Gesekan yang timbul dari gerakan relatif dua benda yang bersentuhan disebut eksternal; gesekan antara bagian-bagian dari benda padat yang sama (misalnya, cair atau gas) disebut friksi internal .

Gaya gesekan yang terjadi ketika benda padat bergerak relatif terhadap media cair atau gas harus diklasifikasikan sebagai gaya friksi internal, karena dalam hal ini lapisan-lapisan medium yang bersentuhan langsung dengan tubuh ditarik ke dalam gerakan olehnya dengan kecepatan yang sama dengan yang dimiliki tubuh, dan gerakan tubuh dipengaruhi oleh gesekan antara lapisan-lapisan media eksternal ini. ke mereka.

Definisi 1

Gesekan antara permukaan dua padatan tanpa adanya interlayer, seperti pelumas di antara mereka, disebut kering . Gesekan antara benda padat dan media cair atau gas, serta antara lapisan media semacam itu disebut kental (atau cair). Berkenaan dengan gesekan kering, ada gesekan geser, gesekan bergulir dan friksi statis.

gaya gesekan geser

Gesekan geser terjadi ketika satu benda bergerak di atas permukaan benda lain. Semakin besar berat benda, dan semakin besar koefisien gesekan antara permukaan ini (koefisien tergantung pada bahan dari mana permukaan dibuat), semakin besar gaya gesekan geser.

Gaya gesekan geser tidak tergantung pada luas permukaan yang bersentuhan. Ketika bergerak, sebuah balok yang terletak pada permukaan terbesarnya akan memiliki gaya gesek geser yang sama seperti jika ditempatkan pada permukaan terkecil.

Penyebab gaya gesekan geser:

Ketidakteraturan terkecil dari permukaan dua benda - dengan mereka tubuh saling menempel saat bergerak. Jika tidak ada gaya gesekan geser, maka benda tersebut, yang digerakkan oleh aksi gaya jangka pendek padanya, akan terus bergerak secara seragam. Namun, karena gaya gesekan geser ada, dan diarahkan melawan gerakan tubuh, tubuh secara bertahap berhenti.

Interaksi antarmolekul pada permukaan kontak dua benda. Interaksi ini hanya dapat terjadi pada permukaan yang sangat halus dan dipoles dengan baik. Molekul tubuh yang berbeda sangat dekat satu sama lain dan tertarik. Karena itu, pergerakan tubuh terhambat.

Vektor gaya gesekan geser $\overline(F)_(mp) $ selalu berlawanan arah dengan vektor kecepatan benda relatif terhadap benda yang bersentuhan dengannya. Oleh karena itu, aksi gaya gesekan geser selalu menyebabkan penurunan modulus kecepatan relatif benda.

Gaya gesekan bergulir

Gaya gesekan bergulir terjadi ketika benda lain, biasanya bulat, menggelinding di atas permukaan satu benda. Misalnya, roda kendaraan menggelinding di jalan, tong diputar miring dari bukit, bola di lantai. Gaya gesekan bergulir jauh lebih kecil daripada gaya gesekan geser. Ingat, lebih mudah membawa tas besar di atas roda daripada menyeretnya di tanah. Alasannya terletak pada cara kontak yang berbeda antara benda yang bergerak dan permukaan. Saat bergulir, roda, seolah-olah, menekan, menghancurkan permukaan di bawahnya, menolaknya. Roda bergulir tidak harus menangkap banyak ketidakteraturan permukaan kecil, seperti saat menggeser badan.

Catatan 1

Semakin keras permukaan, semakin rendah gaya gesekan bergulir. Misalnya, lebih sulit mengendarai sepeda di atas pasir daripada di atas aspal, karena di atas pasir Anda harus mengatasi gaya gesekan guling yang besar. Ini disebabkan oleh fakta bahwa lebih mudah untuk mendorong dari permukaan yang keras, mereka tidak ditekan dengan kuat. Dapat dikatakan bahwa gaya yang bekerja dari sisi roda pada permukaan padat tidak dihabiskan untuk deformasi, tetapi hampir semuanya kembali dalam bentuk gaya reaksi normal dari penyangga.

gaya gesekan statis

Gaya yang timbul pada batas kontak antara benda tanpa adanya gerakan relatif benda disebut gaya gesekan statis.

Gaya gesekan statis $\overline(F)_(mp) $sama dalam nilai absolut dengan gaya eksternal $\overline(F)$, diarahkan secara tangensial ke permukaan kontak benda, dan berlawanan arah dengannya:

Gaya gesekan statis ada di sekitar kita. Semua benda yang terletak pada benda lain ditahan oleh gaya gesekan statis. Gaya gesekan statis bahkan cukup untuk menahan benda pada permukaan miring. Misalnya, seseorang dapat berdiri di lereng bukit, sebuah balok tergeletak tak bergerak di atas penggaris yang agak miring. Selain itu, karena gaya gesekan statis, bentuk gerakan seperti berjalan dan berkuda dimungkinkan. Dalam kasus ini, ada "perekatan" dengan permukaan karena gaya gesekan statis, sebagai akibatnya, menjadi mungkin untuk menolak dari permukaan.

Penyebab gaya gesekan statis sama dengan penyebab gaya gesekan geser.

Gaya gesekan statis muncul ketika upaya dilakukan untuk menggerakkan benda yang berdiri. Selama gaya yang mencoba untuk menggerakkan benda lebih kecil dari gaya gesekan statis, benda akan tetap di tempatnya. Segera setelah gaya ini melebihi gaya gesekan statis maksimum tertentu untuk kedua benda ini, satu benda akan mulai bergerak relatif terhadap yang lain, dan gaya gesekan geser atau guling akan bekerja padanya.

Catatan 2

Dalam kebanyakan kasus, gaya gesekan statis maksimum sedikit lebih besar daripada gaya gesekan geser. Jadi, untuk mulai memindahkan kabinet, Anda harus terlebih dahulu melakukan sedikit usaha daripada menerapkannya saat kabinet sudah bergerak. Seringkali perbedaan antara gaya gesekan statis dan gaya gesekan geser diabaikan, dengan menganggap keduanya sama.

Dalam model gesekan kering yang paling sederhana, hukum-hukum berikut dipenuhi. Mereka adalah generalisasi fakta eksperimental dan bersifat perkiraan:

nilai maksimum gaya gesekan statis sama dengan gaya gesekan geser;

nilai mutlak gaya gesekan geser berbanding lurus dengan gaya reaksi tumpuan: $\overline(F)_(mp) =\mu N$, dan koefisien proporsionalitas $\mu $ disebut koefisien gesekan ;

koefisien gesekan tidak tergantung pada kecepatan benda pada permukaan yang kasar;

koefisien gesekan tidak tergantung pada luas permukaan yang bersentuhan.

Contoh 1

Para siswa menempatkan magnet seberat $30 g ke papan tulis. Magnet ditekan ke papan dengan gaya $6 H$. Berapa gaya yang harus diberikan untuk menggeser magnet ke bawah dan memindahkannya secara vertikal ke atas jika koefisien gesekannya $0,3$?

Diketahui: $m=30$r, $N=6 H$, $\mu =0.3$.

Cari: $F_(1) $, $F_(2) $-?

Larutan:

Gambar 1.

Untuk memindahkan magnet ke bawah, jumlah gravitasi $mg$ dan gaya tambahan yang diterapkan $F_(1) $ harus sama dengan gaya gesekan $F_( [dilindungi email]) $ (atau lebih besar):

$mg+F=F_(mp) $ (1).

Dari rumus (1) dan dari rumus umum untuk gaya gesekan

kami menemukan gaya yang diperlukan untuk magnet meluncur ke bawah:

$F_(mp) =\mu N$($N$ adalah gaya magnet yang menekan papan):

$F_(1) =\mu N-mg=1.5 H$.

Untuk gaya ke atas, persamaan (1) berbentuk:

$F_(2) =\mu N+mg=2.1 H$

Menjawab:$F_(1) =1,5 H$, $F_(2) =2,1 H$.

Belum ada versi HTML dari karya tersebut.

Dokumen serupa

Gaya-gaya yang timbul antara benda-benda yang bersentuhan dengan gerak relatifnya. Penentuan besar dan arah gaya gesekan geser, hukum Amonton-Coulomb. Jenis gesekan dalam mekanisme dan mesin. Genggam dengan permukaan sebagai sarana gerakan.

presentasi, ditambahkan 16/12/2014


Karakterisasi metode perkiraan untuk menentukan koefisien gesekan geser, fitur perhitungannya untuk berbagai bahan. Nilai dan perhitungan gaya gesekan menurut hukum Coulomb. Perangkat dan prinsip pengoperasian instalasi untuk menentukan koefisien gesekan.

pekerjaan laboratorium, ditambahkan 01/12/2010


Sejarah munculnya gaya gesekan - proses interaksi benda selama gerakan relatifnya (perpindahan) atau ketika benda bergerak dalam medium gas atau cair. Munculnya kekuatan gesekan geser dan istirahat di persimpangan benda yang berdekatan, metode reduksi.

abstrak, ditambahkan 30/07/2015


Penyebab gaya gesek dan contohnya : gerak poros roda, bola menggelinding di lantai mendatar. Rumus untuk menghitung gaya gesekan dalam fisika. Peran gaya gesekan dalam kehidupan di Bumi: pelaksanaan berjalan, rotasi roda penggerak kru.

presentasi, ditambahkan 16/01/2011


Gaya gravitasi, elektromagnetik dan nuklir. Interaksi partikel elementer. Konsep gravitasi dan gravitasi. Penentuan gaya elastis dan jenis utama deformasi. Fitur gaya gesekan dan gaya istirahat. Manifestasi gesekan di alam dan teknologi.

presentasi, ditambahkan 24/01/2012


Gaya gesek sebagai gaya yang timbul dari kontak benda, diarahkan sepanjang batas kontak dan mencegah gerakan relatif benda. Penyebab gesekan. Gaya gesekan istirahat, geser dan menggelinding. Aplikasi pelumas dan bantalan.

presentasi, ditambahkan 11/12/2013


Gesekan sebagai proses interaksi benda padat dengan gerak relatif atau dengan gerak benda padat dalam medium gas atau cair. Jenis gesekan, perhitungan gesekan statis, geser dan menggelinding. Perhitungan koefisien gesekan untuk berbagai pasangan permukaan.

kerja praktek, ditambahkan 10/05/2010


Gesekan di dunia makro dan nano. Perbedaan mendasar antara gaya gesekan dan gaya adhesi. Gerak benda tegar dalam medium cair. Jenis utama galaksi adalah elips, spiral dan tidak beraturan. Struktur ruang alam semesta. prinsip relativitas Galileo.

presentasi, ditambahkan 29/09/2013


Gaya gesek sebagai gaya yang timbul dari kontak benda, diarahkan sepanjang batas kontak dan mencegah gerakan relatif benda. Penyebab gesekan. Peran gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari, dalam teknologi dan di alam. Gesekan yang berbahaya dan menguntungkan.

presentasi, ditambahkan 02/09/2014


Pengertian gerak translasi. Aksi dan reaksi. Arah kekuatan. Gaya gesekan statis dan gaya gesekan kering. Kekuatan saling tarik-menarik. Kisah tentang bagaimana "Angsa, Kanker, dan Pike mengambil barang bawaan" dari sudut pandang fisika.

Gaya gesekan dalam kondisi terestrial menyertai setiap gerakan benda. Itu terjadi ketika dua tubuh bersentuhan, jika tubuh-tubuh ini bergerak relatif satu sama lain. Gaya gesekan selalu diarahkan sepanjang permukaan kontak, berbeda dengan gaya elastis, yang diarahkan tegak lurus (Gbr. 1, Gbr. 2).

Beras. 1. Perbedaan antara arah gaya gesekan dan gaya elastis

Beras. 2. Permukaan bekerja pada batang, dan batang bekerja pada permukaan

Ada jenis gesekan kering dan tidak kering. Jenis gesekan kering terjadi ketika padatan bersentuhan.

Pertimbangkan sebuah bar yang terletak di permukaan horizontal (Gbr. 3). Ini dipengaruhi oleh gaya gravitasi dan gaya reaksi pendukung. Ayo beraksi di bar dengan kekuatan kecil , diarahkan sepanjang permukaan. Jika batang tidak bergerak, maka gaya yang diberikan diimbangi oleh gaya lain, yang disebut gaya gesekan statis.

Beras. 3. Gaya gesekan statis

Gaya gesekan statis () berlawanan arah dan sama besarnya dengan gaya yang cenderung menggerakkan benda sejajar dengan permukaan kontaknya dengan benda lain.

Dengan peningkatan gaya "geser", batang tetap diam, oleh karena itu, gaya gesekan statis juga meningkat. Dengan beberapa, kekuatan yang cukup besar, bar akan mulai bergerak. Ini berarti bahwa gaya gesekan statis tidak dapat meningkat hingga tak terhingga - ada batas atas, lebih dari yang tidak mungkin. Nilai batas ini adalah gaya gesekan statis maksimum.

Mari kita bertindak di bar dengan dinamometer.

Beras. 4. Mengukur gaya gesekan dengan dinamometer

Jika dinamometer bekerja padanya dengan gaya, maka dapat dilihat bahwa gaya gesekan statis maksimum menjadi lebih besar dengan peningkatan massa batang, yaitu dengan peningkatan gaya gravitasi dan gaya reaksi dari batang. mendukung. Jika pengukuran akurat dilakukan, mereka akan menunjukkan bahwa gaya gesekan statis maksimum berbanding lurus dengan gaya reaksi penyangga:

di mana modulus gaya gesekan statis maksimum; N– gaya reaksi pendukung (tekanan normal); - koefisien gesekan statis (proporsionalitas). Oleh karena itu, gaya gesekan statis maksimum berbanding lurus dengan gaya tekanan normal.

Jika kita melakukan percobaan dengan dinamometer dan batang bermassa konstan, sambil memutar batang di sisi yang berbeda (mengubah luas kontak dengan meja), kita dapat melihat bahwa gaya gesekan statis maksimum tidak berubah ( Gambar 5). Oleh karena itu, gaya gesekan statis maksimum tidak bergantung pada bidang kontak.

Beras. 5. Nilai maksimum gaya gesekan statis tidak tergantung pada bidang kontak

Studi yang lebih akurat menunjukkan bahwa gesekan statis sepenuhnya ditentukan oleh gaya yang diterapkan pada tubuh dan formula.

Gaya gesekan statis tidak selalu mencegah tubuh bergerak. Misalnya, gaya gesekan statis bekerja pada sol sepatu, sambil memberikan akselerasi dan memungkinkan Anda berjalan di tanah tanpa tergelincir (Gbr. 6).

Beras. 6. Gaya gesekan statis yang bekerja pada sol sepatu

Contoh lain: gaya gesekan statis yang bekerja pada roda mobil memungkinkan Anda untuk mulai bergerak tanpa tergelincir (Gbr. 7).

Beras. 7. Gaya gesekan statis yang bekerja pada roda mobil

Pada penggerak sabuk, gaya gesekan statis juga bekerja (Gbr. 8).

Beras. 8. Gaya gesekan statis pada penggerak sabuk

Jika benda bergerak, maka gaya gesekan yang bekerja padanya dari sisi permukaan tidak hilang, jenis gesekan ini disebut gesekan geser. Pengukuran menunjukkan bahwa gaya gesekan geser praktis sama besarnya dengan gaya gesekan statis maksimum (Gbr. 9).

Beras. 9. Gaya gesekan geser

Gaya gesekan geser selalu diarahkan terhadap kecepatan tubuh, yaitu mencegah gerakan. Akibatnya, ketika tubuh bergerak hanya di bawah aksi gaya gesekan, itu memberikan percepatan negatif padanya, yaitu kecepatan tubuh terus menurun.

Besarnya gaya gesekan geser juga sebanding dengan gaya tekanan normal.

di mana modulus gaya gesekan geser; N– gaya reaksi pendukung (tekanan normal); – koefisien gesekan geser (proporsionalitas).

Gambar 10 menunjukkan grafik ketergantungan gaya gesekan pada gaya yang diterapkan. Ini menunjukkan dua area yang berbeda. Bagian pertama, di mana gaya gesekan meningkat dengan peningkatan gaya yang diterapkan, sesuai dengan gesekan statis. Bagian kedua, di mana gaya gesekan tidak bergantung pada gaya luar, sesuai dengan gesekan geser.

Beras. 10. Grafik ketergantungan gaya gesekan pada gaya yang diterapkan

Koefisien gesekan geser kira-kira sama dengan koefisien gesekan statis. Biasanya, koefisien gesekan geser kurang dari satu. Ini berarti bahwa gaya gesekan geser lebih kecil dari gaya tekanan normal.

Koefisien gesekan geser adalah karakteristik dari dua benda yang saling bergesekan, itu tergantung pada bahan apa benda itu dibuat dan seberapa baik permukaan diproses (halus atau kasar).

Asal usul gaya gesekan statis dan geser disebabkan oleh fakta bahwa setiap permukaan pada tingkat mikroskopis tidak rata, selalu ada ketidakhomogenan mikroskopis pada permukaan apa pun (Gbr. 11).

Beras. 11. Permukaan tubuh pada tingkat mikroskopis

Ketika dua benda yang bersentuhan mencoba untuk bergerak relatif satu sama lain, ketidakhomogenan ini ditangkap dan mencegah gerakan ini. Dengan sedikit gaya yang diterapkan, ikatan ini cukup untuk mencegah benda bergerak, sehingga timbul gesekan statis. Ketika gaya eksternal melebihi gesekan statis maksimum, maka ikatan kekasaran tidak cukup untuk menahan tubuh, dan mereka mulai bergeser relatif satu sama lain, sementara gaya gesekan geser bekerja di antara tubuh.

Jenis gesekan ini terjadi ketika tubuh berguling satu sama lain atau ketika satu tubuh berguling di permukaan yang lain. Gesekan menggelinding, seperti gesekan geser, memberikan percepatan negatif pada tubuh.

Terjadinya gaya gesekan gelinding disebabkan oleh deformasi badan gelinding dan permukaan penyangga. Jadi, roda yang terletak di permukaan horizontal merusak yang terakhir. Ketika roda bergerak, deformasi tidak memiliki waktu untuk pulih, sehingga roda harus mendaki bukit kecil sepanjang waktu, yang menyebabkan momen gaya yang memperlambat putaran.

Beras. 12. Terjadinya gaya gesekan bergulir

Besarnya gaya gesek guling, sebagai suatu peraturan, berkali-kali lebih kecil daripada gaya gesek luncur, semua hal lain dianggap sama. Karena itu, menggelinding adalah jenis gerakan yang umum dalam rekayasa.

Ketika benda padat bergerak dalam cairan atau gas, gaya resistensi bekerja padanya dari sisi medium. Gaya ini diarahkan melawan kecepatan tubuh dan memperlambat gerakan (Gbr. 13).

Fitur utama dari gaya resistensi adalah bahwa hal itu terjadi hanya dengan adanya gerakan relatif tubuh dan lingkungannya. Artinya, gaya gesekan statis dalam cairan dan gas tidak ada. Ini mengarah pada fakta bahwa seseorang dapat memindahkan bahkan tongkang berat yang ada di atas air.

Beras. 13. Gaya tahanan yang bekerja pada suatu benda ketika bergerak dalam zat cair atau gas

Modulus gaya resistansi tergantung pada:

Dari ukuran tubuh dan bentuk geometrisnya (Gbr. 14);

Kondisi permukaan tubuh (Gbr. 15);

Sifat cairan atau gas (Gbr. 16);

Kecepatan relatif tubuh dan lingkungannya (Gbr. 17).

Beras. 14. Ketergantungan modulus gaya resistansi pada bentuk geometris

Beras. 15. Ketergantungan modulus gaya resistensi pada keadaan permukaan tubuh

Beras. 16. Ketergantungan modulus gaya resistansi pada sifat-sifat cairan atau gas

Beras. 17. Ketergantungan modulus gaya resistansi pada kecepatan relatif benda dan lingkungannya

Gambar 18 menunjukkan grafik ketergantungan gaya resistensi pada kecepatan tubuh. Pada kecepatan relatif sama dengan nol, gaya drag tidak bekerja pada tubuh. Dengan peningkatan kecepatan relatif, gaya resistensi pertama tumbuh perlahan, dan kemudian tingkat pertumbuhan meningkat.

Beras. 18. Grafik ketergantungan gaya tahanan pada kecepatan benda

Pada nilai kecepatan relatif yang rendah, gaya hambat berbanding lurus dengan nilai kecepatan ini:

di mana adalah nilai kecepatan relatif; - koefisien resistensi, yang tergantung pada jenis media kental, bentuk dan ukuran tubuh.

Jika kecepatan relatif cukup besar, maka gaya hambat menjadi sebanding dengan kuadrat kecepatan ini.

di mana adalah nilai kecepatan relatif; adalah koefisien drag.

Pilihan formula untuk setiap kasus tertentu ditentukan secara empiris.

Sebuah benda bermassa 600 g bergerak secara seragam sepanjang permukaan horizontal (Gbr. 19). Dalam hal ini, sebuah gaya diterapkan padanya, yang nilainya 1,2 N. Tentukan nilai koefisien gesekan antara benda dan permukaan.