Sürtünme kuvveti, yüzeylerin birbirine sürtünmesinden kaynaklanan, zıt yönde hareket etmeye çalışan yüzeyleri durduran veya hareket etmeye çalışan yüzeylerin hareketini zorlaştıran bir kuvvettir. Sürtünme kuvveti, kayma sürtünmesi, statik sürtünme ve iç sürtünme olmak üzere üç çeşide ayrılır.
Sürtünme kuvvetinin etkileri, sürtünen yüzeylerin dokularına, sürtünen cisimlerin ağırlığına ve hızına bağlıdır. Ayrıca, yüzeylerin arasındaki sıvı ya da gaz da sürtünme kuvvetinin etkilerini arttırır ya da azaltır. Örneğin; kaygan bir yüzeyde sürtünen cisimler daha az sürtünme kuvvetine maruz kalır.
Sürtünme Kuvveti Nedir?
Newton’un hareket yasalarına göre; cisimler üzerlerine etki eden net kuvvet sıfır olduğu sürece, cisimlerin hareketleri durmaz ya da düzgün doğrusal hareket etmeye devam ederler. Ancak, hareket halindeki bir cisim üzerinde frenleme kuvveti gibi bir kuvvet etkimeye başladığında, bu kuvvetin büyüklüğü cismi durdurmaya yetecek kadarsa cismin hareketi de etkilenir. İşte burada sürtünme kuvveti devreye girer.
Sürtünme kuvveti, birbirine değen ve zıt yönde hareket etmeye çalışan yüzeylerin birbirine uyguladığı ve zıt yönde hareket etmeye çalıştıkları yüzeyleri durduran bir kuvvettir. Örneğin; masa üzerinde duran bir masa üstü oyuncağının üzerinde hiç bir kuvvet yokken, masanın üzerine konulduğu yerden kayması için bir kuvvet uygulanması gerekir. Bu durumda masa ile oyuncak arasında sürtünme kuvveti vardır. Diğer bir örnek; iki tane iğne alıp, iğneleri birbirine bastırarak sağa sola hareket ettirmeye çalıştığınızda hissedeceğiniz dirençtir. Yani, iğnelerin birbirine uyguladığı güçtir.
Sürtünme Kuvvetinin Çeşitleri Nelerdir?
Sürtünme kuvvetinin türleri arasında kayma sürtünmesi, statik sürtünme ve iç sürtünme olmak üzere üç farklı çeşit bulunmaktadır.
- Kayma Sürtünmesi: Kayma sürtünmesi, hareket halindeki cisimlerin, harekete geçen yüzeyin durmasına engel olmaya çalışmasıdır. Örneğin; açık bir kapıdan kaçmaya çalışan bir köpeği kapının eşiğinde durdurmaya çalışan kapının eşik kısmı ile köpeğin patisi arasında oluşan kuvvettir.
- Statik Sürtünme: Statik sürtünme, cismin harekete geçmesini önleyen ve harekete geçen yüzeyin durmasına engel olmaya çalışan kuvvetlerdir. Statik sürtünme, iki yüzeyin birbirine uyguladığı kuvvetin toplamıdır. Örneğin; masanın üzerinde duran kitap ile masa arasında oluşan bu kuvvet, masanın üzerine konulan kitaba uygulanan ağırlık kuvvetinin altında kalırsa kitap kaymaz.
- İç Sürtünme: İç sürtünme, sıvı ve gaz moleküllerinin birbirlerine uyguladığı kuvvettir. Bu moleküllerin hızları arttıkça iç sürtünmede artar.
Sürtünme Kuvvetinin Yönü Nasıldır?
Sürtünme kuvvetinin yönü, iki yüzeyin birbirine uyguladığı ve zıt yönde hareket etmeye çalışan yüzeylerin hareketini zorlaştıracak şekilde olur. Yani; iki yüzey birbirine temas ettiğinde ve farklı yönlere doğru hareket etmeye çalıştıklarında ortaya çıkan kuvvettir.
Yüzeyler farklı yönlere doğru hareket etmeye çalışırken aşağıdaki gibi bir kuvvet dengesi oluşur:
- Frenleme Kuvveti:
- Yüzey 1’in (örneğin; araba tekerleği) Yüzey 2’yi (örneğin; yol) çekmesiyle oluşan frenleme kuvvetidir.
- Dinamik Sürtünme Kuvveti:
- Yüzey 2’nin (örneğin; yol) Yüzey 1’i (örneğin; araba tekerleği) itmesiyle oluşur.
Sürtünme Kuvvetinin Formülü
Sürtünme kuvvetinin formülü şu şekildedir:
F_{f} = extmu imes F_{N}
Bu formülde;
- Ff:
- Sürtünme kuvvetidir.
- FN:
- Cismin üzerindeki normal (dikey) kuvvettir.
- μ:
- Cisimlerin arasında oluşan özelliğe bağlı olan katsayıdır.
Not:
Statik sürtünmede, cismin üzerindeki normal (dikey) kuvvetin büyüklüğüne göre değer alan μ, kayma sürtünmesinden daha büyüktür.
Sürtünme Kuvvetinin Etkileri Nelerdir?
Sürtünme kuvvetinin etkileri, sürtünen yüzeylerin dokularına, ağırlığa ve hızına bağlı olarak değişim gösterir. Dışarıda meydana gelen hava koşulları ile yüzeylerin arasındaki sıvı ya da gaz da sürtünme kuvvetinin etkilerini doğrudan etkiler. Aşağıdaki liste de genel olarak sürtünmenin özellikleri ve etkileri derlenmiştir.
- Mekanik Enerji Harcaması:
- Cismin ağırlığına bağlı olarak ortaya çıkan normal kuvvetin, cismin üzerindeki hızlandırıcı etkisiyle birlikte ortaya çıkardığı enerji harcamaktır.
- Etkileşim Enerjisi Oluşumu:
- Yüzeylerde meydana gelen küçük düzlem bozukluklarından kaynaklanan bu enerji; yüzeyler ne kadar pürüzlü olursa o kadar fazla olur.
- Maddenin Isınması:
- Sürtünme sırasında ortaya çıkan enerjinin madde içindeki atomları harekete geçirmesi sonucu maddenin sıcaklığını arttırmasıdır.
- Kendiliğinden Dönüşüm:
- Bazı sistemlerde meydana gelen enerji dönüşümü sayesinde ortaya çıkan mekanik enerjinin kullanılmasıdır.
- Aşınma ve Yıpranma:
- Uzun süreli sürtünmeler sonucunda cisimlerin yüzey dokularının bozulması sonucu oluşan olaydır.
- Kütle Artışı:
- Cismin yavaşlaması sırasında oluşan sürtünmenin etkisiyle cismin kütlesinde meydana gelen artıştır.