Konu anlatımı
Sürtünme olmasaydı yürüyemez, fren yapamaz, kalemle yazı yazamazdın; ama sürtünme makinelerin aşınmasına ve enerji kaybına da yol açar. Bu alt başlıkta sürtünme kuvvetinin neye bağlı olduğunu, statik ve kinetik sürtünmeyi, sürtünmenin yönünü ve günlük hayattaki etkilerini göreceksin.
Sürtünme neye bağlıdır?
Birbirine değen iki yüzey arasında, kaymaya ya da kayma eğilimine karşı koyan kuvvete sürtünme kuvveti denir. Deneyler, sürtünme kuvvetinin yüzeylerin cinsine ve yüzeyleri birbirine bastıran dik kuvvete, yani normal kuvvete bağlı olduğunu gösterir. Yatay düzlemdeki bir cismin üstüne yük eklenirse normal kuvvet ve sürtünme artar. Sürtünme kuvveti yüzeylerin temas alanına bağlı değildir. Matematiksel modeli Fs = k·N biçimindedir; burada k sürtünme katsayısı, N normal kuvvettir. TYT'de sürtünme kuvveti hesaplatılmaz.
Statik ve kinetik sürtünme
Durgun bir cismi itmeye başladığında cisim hemen kaymaz; uyguladığın kuvveti, eşit büyüklükte ve zıt yönlü statik sürtünme kuvveti dengeler. Sen kuvveti artırdıkça statik sürtünme de artar; onun en büyük değerini aşan bir kuvvet uygulandığında cisim kaymaya başlar. Kayan cisme kinetik sürtünme kuvveti etki eder ve kinetik sürtünme genellikle en büyük statik sürtünmeden küçüktür. Bu yüzden ağır bir dolabı yerinden oynatmak, onu kaydırmaya devam ettirmekten daha zordur.
Sürtünmenin yönü
Kayan bir cisimde sürtünme kuvveti, yüzeye göre kayma yönüne zıttır; durgun ama kaymaya zorlanan cisimde ise kayma eğiliminin tersine yönelir. Yürürken ayağın yere göre geriye kaymaya çalışır; bu yüzden yerin ayağa uyguladığı sürtünme kuvveti ileri doğrudur ve seni ileri götürür. Motorun ya da pedalın döndürdüğü tekerlekte sürtünme kuvveti hareket yönünde, kendi başına dönen serbest tekerlekte ise harekete zıt yöndedir: bisikletin pedal çevrilen arka tekerleğinde sürtünme ileri, ön tekerleğinde geri doğrudur.
Yararları ve zararları
Sürtünme yürümemizi, aracın fren yapmasını, kibritin yanmasını, düğümlerin çözülmemesini ve kalemin kâğıtta iz bırakmasını sağlar. Öte yandan makine parçalarını aşındırır, ısınmaya ve enerji kaybına yol açar. Sürtünmeyi azaltmak için yağlama, bilyeli rulman ve cilalı yüzeyler kullanılır; artırmak için kışın araçlara zincir takılır, buzlu yollara kum serpilir, ayakkabı tabanları tırtıklı yapılır.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Yatay bir zeminde duran ağır bir kutuyu yatay ve giderek artan bir kuvvetle itiyorsun. Kutu bir süre kımıldamıyor, sonra kaymaya başlıyor. Bu süreçte kutuya etkiyen sürtünme kuvveti nasıl değişir?
Çözüm. Kutu kımıldamadığı sürece net kuvvet sıfırdır; statik sürtünme kuvveti uyguladığın kuvvete eşit büyüklükte ve zıt yönlüdür ve kuvvetinle birlikte artar. Uyguladığın kuvvet en büyük statik sürtünmeyi aştığında kutu kaymaya başlar. Bundan sonra kutuya kinetik sürtünme etki eder; bu kuvvet sabittir ve en büyük statik sürtünmeden biraz küçüktür. Sürtünme kuvveti-uygulanan kuvvet grafiği önce düzgün artan, sonra bir miktar düşüp sabit kalan bir çizgi olur.
Örnek 2. Bütün yüzleri aynı pürüzlülükte olan bir tuğla önce geniş yüzü, sonra dar yüzü üzerinde aynı yatay zeminde kaydırılıyor. Sonra tuğlanın üstüne ikinci bir tuğla konup yeniden kaydırılıyor. Kinetik sürtünme kuvveti bu durumlarda nasıl değişir?
Çözüm. Tuğlanın hangi yüzü üzerinde kaydırıldığı sürtünme kuvvetini değiştirmez; çünkü sürtünme temas alanına bağlı değildir ve normal kuvvet iki durumda da tuğlanın ağırlığına eşittir. Üstüne ikinci tuğla konunca zemini bastıran normal kuvvet artar; bu yüzden sürtünme kuvveti de artar. Yüzeylerin cinsi değişmediği sürece sürtünmeyi değiştiren, normal kuvvettir.
Sık yapılan hatalar
- Sürtünmenin temas alanı büyüdükçe arttığını sanmak.
- Sürtünme kuvvetinin her zaman hareket yönüne zıt olduğunu düşünmek; yürürken ve çeken tekerlekte sürtünme ileri doğrudur.
- Duran bir cisme etkiyen statik sürtünmenin her zaman en büyük değerinde olduğunu sanmak; uygulanan kuvvete eşittir.
- Sürtünme yüzeylerin cinsine ve normal kuvvete bağlıdır.
- Statik sürtünme uygulanan kuvvetle artar; kinetik sürtünme en büyük statik sürtünmeden küçüktür.
- Sürtünme, kaymanın ya da kayma eğiliminin tersine yönelir.