GESERAN: JENIS, PEKALI, PENGIRAAN, LATIHAN - FIZIKAL - 2026

The geseran adalah rintangan kepada pergerakan permukaan yang berada dalam hubungan dengan yang lain. Ini adalah fenomena permukaan yang berlaku antara bahan pepejal, cecair dan gas. Kekuatan rintangan tangensial ke dua permukaan yang bersentuhan, yang menentang arah anjakan relatif antara permukaan tersebut, juga disebut gaya geseran atau daya geseran F _r .

Untuk menggerakkan badan yang padat di permukaan, daya luaran mesti digunakan yang dapat mengatasi geseran. Apabila badan bergerak, daya geseran bertindak ke atas badan, memperlahankannya, dan bahkan dapat menghentikannya.

Geseran

Daya geseran dapat ditunjukkan secara grafik dengan gambarajah daya suatu badan yang bersentuhan dengan permukaan. Dalam rajah ini daya geseran F _r dilukis bertentangan dengan komponen daya yang dikenakan pada badan yang bersinggungan dengan permukaan.

Permukaan sentuhan memberikan daya tindak balas pada badan yang disebut daya normal N. Dalam beberapa kes, daya normal hanya disebabkan oleh berat badan P yang berada di permukaan, dan dalam kes lain, ini disebabkan oleh daya yang dikenakan selain gaya graviti.

Geseran berlaku kerana terdapat kekasaran mikroskopik antara permukaan yang bersentuhan. Semasa cuba memindahkan satu permukaan ke permukaan yang lain, geseran berlaku antara kekasaran yang menghalang pergerakan bebas di antara muka. Sebaliknya, kehilangan tenaga berlaku dalam bentuk haba yang tidak digunakan untuk menggerakkan badan.

Jenis geseran

Terdapat dua jenis geseran utama: Geseran coulomb atau geseran kering, dan geseran bendalir.

-Geseran colomb

Geseran Coulomb selalu menentang pergerakan badan dan terbahagi kepada dua jenis geseran: geseran statik dan geseran kinetik (atau dinamik).

Dalam geseran statik tidak ada pergerakan badan di permukaan. Daya yang dikenakan sangat rendah dan tidak cukup untuk mengatasi daya geseran. Geseran mempunyai nilai maksimum yang sebanding dengan daya normal dan disebut daya geseran statik F _re .

Daya geseran statik ditakrifkan sebagai daya maksimum yang menentang permulaan pergerakan badan. Apabila daya yang dikenakan melebihi daya geseran statik, ia tetap pada nilai maksimumnya.

Geseran kinetik bertindak apabila badan sudah bergerak. Daya yang diperlukan untuk memastikan badan bergerak dengan geseran disebut daya geseran kinetik F _rc .

Daya geseran kinetik lebih kecil daripada atau sama dengan daya geseran statik kerana apabila badan mula bergerak, lebih mudah untuk terus bergerak daripada mencuba melakukannya semasa berehat.

Undang-undang Geseran Coulomb

1. Daya geseran berkadar terus dengan daya normal ke permukaan sentuhan. Pemalar berkadar adalah pekali geseran μ yang wujud di antara permukaan yang bersentuhan.
2. Daya geseran tidak bergantung pada ukuran kawasan hubungan yang jelas antara permukaan.
3. Daya geseran kinetik tidak bergantung pada kelajuan gelongsor badan.

-Geseran cecair

Geseran juga berlaku apabila badan bergerak bersentuhan dengan bahan cair atau gas. Jenis geseran ini disebut geseran bendalir dan didefinisikan sebagai ketahanan terhadap pergerakan badan yang bersentuhan dengan bendalir.

Geseran bendalir juga merujuk kepada rintangan bendalir mengalir bersentuhan dengan lapisan bendalir yang sama atau bahan yang berbeza, dan bergantung pada halaju dan kelikatan bendalir. Kelikatan adalah ukuran daya tahan terhadap pergerakan cecair.

-Gerakan geseran

Gesekan Stokes adalah sejenis geseran bendalir di mana zarah sfera yang terendam dalam bendalir likat, dalam aliran laminar, mengalami daya geseran yang melambatkan pergerakan mereka kerana turun naik molekul bendalir.

Geseran Stokes

Alirannya laminar apabila daya likat, yang menentang pergerakan bendalir, lebih besar daripada daya inersia dan bendalir bergerak dengan kelajuan yang cukup kecil dan dalam jalur segiempat.

Pekali geseran

Menurut undang-undang geseran pertama Coulomb, pekali geseran μ diperoleh dari hubungan antara daya geseran dan daya normal ke permukaan kontak.

Pekali μ adalah kuantiti tanpa dimensi, kerana ia adalah hubungan antara dua daya, yang bergantung pada sifat dan perlakuan bahan yang bersentuhan. Secara amnya nilai pekali geseran adalah antara 0 dan 1.

Pekali geseran statik

Pekali geseran statik adalah pemalar berkadar yang wujud antara daya yang menghalang pergerakan badan dalam keadaan rehat pada permukaan kontak dan daya normal ke permukaan.

Pekali geseran kinetik

Pekali geseran kinetik adalah pemalar berkadar yang wujud antara daya yang menyekat pergerakan badan yang bergerak di permukaan dan daya yang normal ke permukaan.

Pekali geseran statik lebih besar daripada pekali geseran kinetik.

Pekali geseran elastik

Pekali geseran elastik berasal dari geseran antara permukaan sentuhan bahan elastik, lembut atau kasar yang cacat oleh daya yang dikenakan. Geseran menentang pergerakan relatif antara dua permukaan elastik dan anjakan disertai oleh ubah bentuk elastik lapisan permukaan bahan.

Pekali geseran yang diperoleh dalam keadaan ini bergantung pada tahap kekasaran permukaan, sifat fizikal bahan yang bersentuhan, dan besarnya komponen tangen daya ricih pada antara muka bahan.

Pekali geseran molekul

Pekali geseran molekul diperoleh daripada daya yang menyekat pergerakan zarah yang meluncur di permukaan licin atau melalui bendalir.

Bagaimana geseran dikira?

Daya geseran pada antara muka pepejal dikira menggunakan persamaan F _r = μN

Mengganti persamaan berat dalam persamaan daya geseran memberikan:

Ciri-ciri normal

Ketika objek berada di permukaan yang rata, daya normal adalah yang diberikan oleh permukaan pada tubuh, dan ia menentang daya akibat graviti, menurut hukum tindakan dan reaksi Newton.

Daya normal selalu bertindak tegak lurus ke permukaan. Pada permukaan condong, normal menurun ketika sudut ramping meningkat dan menunjuk ke arah tegak lurus dari permukaan, sementara berat menunjuk ke arah menegak ke bawah. Persamaan daya normal pada permukaan condong adalah:

θ = sudut kecondongan permukaan sentuhan.

Geseran satah condong

Komponen daya yang bertindak pada badan untuk meluncurnya adalah:

Apabila daya yang dikenakan meningkat sehingga menghampiri nilai maksimum daya geseran, nilai ini adalah yang sesuai dengan daya geseran statik. Apabila F = F _kembali , daya geseran statik adalah:

Dan pekali geseran statik diperoleh dengan tangen sudut kecondongan θ.

Latihan yang diselesaikan

-Friction force of a object terletak pada permukaan mendatar

Kotak 15Kg yang diletakkan di permukaan mendatar didorong oleh orang yang menggunakan daya 50 Newton di sepanjang permukaan untuk membuatnya bergerak dan kemudian menggunakan kekuatan 25 N untuk memastikan kotak bergerak pada kelajuan tetap. Tentukan pekali geseran statik dan kinetik.

Kotak bergerak di permukaan mendatar

Penyelesaian: Dengan nilai daya yang dikenakan untuk menggerakkan kotak, pekali geseran statik μ _{e diperoleh} .

Daya normal N ke permukaan sama dengan berat kotak, jadi N = mg

Dalam kes ini, μ _e = 50Baru / 147Baru

Daya yang dikenakan untuk memastikan kelajuan kotak sentiasa berubah adalah daya geseran kinetik yang sama dengan 25New.

Pekali geseran kinetik diperoleh dengan persamaan μ _c = F _rc / N

-Friction force of a object under the force of the force dengan sudut kecondongan

Seorang lelaki menggunakan kekuatan pada kotak 20Kg, dengan sudut pemakaian 30 ° berhubung dengan permukaan tempat ia berada. Berapakah besar daya yang dikenakan untuk menggerakkan kotak jika pekali geseran antara kotak dan permukaannya adalah 0.5?

Penyelesaian: Gambarajah badan bebas mewakili daya yang dikenakan dan komponen menegak dan mendatarnya.

Gambarajah Badan Bebas

Daya yang dikenakan membuat sudut 30 ° dengan permukaan mendatar. Komponen menegak daya menambah daya normal mempengaruhi daya geseran statik. Kotak bergerak apabila komponen mendatar daya yang dikenakan melebihi nilai maksimum daya geseran F _re . Menyamakan komponen daya tegak dengan geseran statik memberikan:

kekuatan biasa

Daya normal tidak lagi berat badan kerana komponen daya tegak.

Menurut undang-undang kedua Newton, jumlah daya yang bertindak pada kotak pada paksi menegak adalah sifar, oleh itu komponen pecutan menegak adalah _y = 0. Daya normal diperoleh daripada jumlah

Dengan menggantikan persamaan ke dalam persamaan, berikut diperoleh:

-Geseran dalam kenderaan yang bergerak

Kenderaan seberat 1.5 tan bergerak di jalan lurus dan mendatar dengan kelajuan 70 km / j. Pemandu melihat halangan di jalan pada jarak tertentu yang memaksanya untuk brek tajam. Setelah brek, kenderaan tergelincir untuk waktu yang singkat sehingga berhenti. Sekiranya pekali geseran antara tayar dan jalan adalah 0.7; tentukan perkara berikut:

1. Berapakah nilai geseran semasa kenderaan tergelincir?
2. Perlambatan kenderaan
3. Jarak yang dilalui kenderaan dari ketika ia brek hingga berhenti.

Daya geseran kenderaan ketika tergelincir adalah:

= 10290 Baru

Bahagian b

Daya geseran mempengaruhi kelambatan kenderaan ketika meluncur.

Dengan menerapkan undang-undang kedua Newton nilai perlambatan diperoleh dengan menyelesaikan persamaan F = ma

Bahagian c

Kelajuan awal kenderaan adalah v ₀ = 70Km / j = 19.44m / s

Apabila kenderaan berhenti, kelajuan terakhirnya adalah v _f = 0 dan perlambatan adalah a = - 6.86m / s ²

Jarak yang dilalui oleh kenderaan, dari saat ia brek hingga berhenti, diperoleh dengan menyelesaikan d dari persamaan berikut:

Kenderaan menempuh jarak 27.54m sebelum berhenti.

1. Pengiraan pekali geseran dalam keadaan sentuhan elastik. Mikhin, N M. 2, 1968, Sains Bahan Soviet, Jilid 4, hlm. 149-152.
2. Blau, P J. Geseran Sains dan Teknologi. Florida, AS: CRC Press, 2009.
3. Hubungan antara daya lekatan dan geseran. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung dan Yoshizawa, H. 11, 1994, Jurnal Sains dan Teknologi Adhesi, Jilid 8, hlm. 1231-1249.
4. Zimba, J. Force and Motion. Baltimore, Maryland: The Johns Hopkins University Press, 2009.
5. Bhushan, B. Prinsip dan Aplikasi Tribologi. New York: John Wiley and Sons, 1999.
6. Sharma, CS dan Purohit, K. Teori mekanisme dan mesin. New Delhi: Prentice Hall of India, 2006.