دانلود مقاله کامل درباره تئوری اصطکاک

اختصاصی از یارا فایل دانلود مقاله کامل درباره تئوری اصطکاک دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 4

تئوری اصطکاک

تئوری آزمایش

هرگاه طح یک جسم در حال حرکت با سطح جسم دیگری در تماس باشد، نیروی اصطکاک ایجاد می شود. نیروی اصطکاک همواره سبب کند شدن حرکت می‌گردد. یعنی این نیرو همواره یک نیروی بازدارنده و یا مقاوم است که در خلاف جهت حرکت بر جسم اثر می‌کند. یا اینکه در بیشتر دستگاهها ، سعی بر این است که تا حد ممکن این نیرو را کاهش دهند، اما در واقع اگر نیروی اصطکاک وجود نداشته ، امکان اینکه ما بتوانیم تداوم برداریم، نبود. یعنی هنگام راه رفتن نیروی اصطکاک به کمک ما می‌آید و مانع از سر خوردن و بهم خوردن تعادل می‌شود. بطوری که در هنگام زمستان زمانی که کوچه یخ بسته باشد، ممکن است زمین خورده و شاید دست و پایمان بشکند. پس نیروی اصطکاک چندان هم نیروی مزاحم و بدی نیست.از جمله عواملی که سبب زیاد شدن نیروی اصطکاک می‌شود، کیفیت سطحی است که حرکت بر روی آن انجام می‌گیرد. چنانچه سطح صیقلی باشد، تعداد این نیرو کاهش پیدا می‌کند. عامل دیگر مقدار نیرویی است که بصورت عمودی از طرف جسم بر سطح وارد می‌شود. بطوری که نیروی اصطکاک با نیروی عمودی سطح نسبت مستقیم دارد. در مورد هر سطحی کمیتی به نام ضریب اصطکاک تعریف می‌شود که معمولا این کمیت را با μ نشان می‌دهند. اگر نیروی اصطکاک را با Ff و نیروی عمودی وارد بر سطح از طرف جسم را با F نشان دهیم، همواره رابطه Ff = μF بین این نیروها برقرار است.

وسایل لازم

یک میز

یک عدد قرقره که به صورت مناسب در یکی از لبه های میز نصب شده است.

یک تکه نخ

یک کفه

تعدادی وزنه با اندازه معلوم

یک جسم فلزی مکعب مستطیل شکل

شرح آزمایش

سطح میز را تمیز کرده و مکعب فلزی را بر روی آن قرار دهید. یک سر نخ را به مکعب وصل نموده و سر دیگر آن را بعد از عبور دادن از قرقره‌ای که در لبه میز تعبیه شده است، به حالت آویزان رها کنید.

به سر آزاد نخ کفه گفته شده را وصل کنید.

به آرامی و کم کم در داخل کفه وزنه‌هایی قرار دهید، تا حدی که اگر ضربه کوچکی به مکعب فلزی وارد کنید، مکعب بر روی سطح میز شروع به لغزش نماید.

اگر جرم مکعب فلزی را با M و جرم وزنه موجود در کفه را با m نشان دهیم و شتاب گرانشی موجود در محل g باشد، در این صورت اندازه نیروی عمودی وارد بر سطح که با F نشان دادیم به صورت F = mg خواهد بود. و لذا ضریب اصطکاک μ به صورت μ = mg/MG محاسبه می‌شود.

حال بر روی مکعب فلزی یک وزنه با جرم معلوم قرار داده و آزمایش را تکرار کنید در این صورت مقدار نیروی عمودی وارد بر سطح افزایش پیدا می‌کند و چون μ را در مرحله قبل اندازه گرفته‌ایم به راحتی می‌توانیم نیروی اصطکاک را از رابطه Ff = μF محاسبه نماییم.

آزمایش را با وزنه‌های مختلف که بر روی مکحعب فلزی قرار می‌دهید، تکرار کنید و تناسب موجود بین نیروی اصطکاک و نیروی عمودی سطح را ملاحظه کنید.

حال مکعب را بر روی وجه کوچک خودروی میز قرار داده و آزمایش را تکرار کنید.

حال مکعب را بر روی وجه کوچک خودروی میز قرار داده و آزمایش را تکرار کنید.

نتایج آزمایش

نیروی اصطکاک به سطح موثر تماس و یا تعداد نقاطی از دو سطح که باهم در تماس هستند، بستگی دارد.

نیروی اصطکاک به جنس سطح تماس دو جسم بستگی دارد.

نیروی اصطکاک یا نیروی عمودی وارد بر سطح از طرف جسم متناسب است.

سطح شیب دار

فرض کنید یک تخته با طول و عرض معین و ضخامت تقریبا ناچیز در اختیار داریم. اگر یک سر تخته را در روی زمین به گونه‌ای ثابت کرده و سر دیگر آن را تا ارتفاع معین از سطح زمین بلند کنیم، سطحی حاصل می‌شود که آن را سطح شیبدار می‌گویند. با معلوم بودن ارتفاع از سطح زمین و طول تخته ، به راحتی می‌توان زاویه سطح شیبدار را با استفاده از روابط مثلثاتی بدست آورد.

اهمیت سطح شیبدار

اگر جسمی با جرم معین m را در روی سطح شیبدار قرار دهیم، با تعیین نیروهای وارد شده بر این جسم می‌توان حرکت آن را مورد بررسی قرار داد. از آنجا که بیشتر حرکتهای موجود در طبیعت از این نوع می‌باشند، لذا سطح شیبدار در مسائل مکانیک کلاسیک از اهمیت زیادی برخوردار است. به عنوان مثال ، اتومبیلی که در یک جاده سر بالایی حرکت می‌کند، نمونه‌ای از حرکت بر روی سطح شیبدار است.

حرکت جسم بر روی سطح شیبدار

فرض کنید جسمی با جرم معین m در روی سطح شیبداری با زاویه θ به طرف پایین در حال حرکت است. سطح شیبدار که جسم بر روی آن به طرف پایین می‌لغزد، دارای یک ضریب اصطکاک لغزشی و یک ضریب اصطکاک ایستایی می‌باشد. ضریب اصطکاک ایستایی به این صورت تعریف می‌شود که بیشترین مقدار نیروی اصطکاک که لازم است تا جسم در روی سطح شیبدار به حالت سکون قرار گیرد، به گونه‌ای که اگر نیروی اصطکاک از این مقدار کمتر باشد، جسم به پایین می‌لغزد، به عنوان نیروی اصطکاک ایستایی تعریف می‌شود.نیروی اصطکاک ایستایی ، با حاصل ضرب نیروی عمودی سطح که از طرف سطح شیبدار بر جسم وارد می‌شود (نیروی عکس‌العمل مولفه عمودی نیروی وزن بر سطح شیبدار) در مقدار ثابتی که ضریب اصطکاک ایستایی نام دارد، برابر است. اگر چنانچه جسم در حال حرکت باشد، در این صورت نیروی اصطکاک لغزشی و به تبع آن ضریب اصطکاک لغزشی دقیقا مانند مورد ضریب اصطکاک ایستایی مشخص می‌شود.

برای تعیین حرکت جسم بر روی سطح شیبدار نیروی وزن جسم را که در راستای خط شاقولی قرار دارد، در دو امتداد عمود بر سطح شیبدار و نیز در راستای سطح شیبدار تجزیه می‌کنیم .تجزیه بردارها . همچنین یک نیروی قائم بر سطح شیبدار که معمولا با N نشان داده می‌شود و جهت آن به سمت خارج از سطح شیبداراست، تعریف می‌شود. این نیرو در واقع عکس‌العمل یکی از مولفه‌های نیروی وزنی است که بر سطح وارد می‌شود.حال با توجه به اینکه حرکت در راستای سطح شیبدار صورت می‌گیرد، دستگاه مختصاتی را به مرکزیت جسم در نظر می‌گیریم، طوری که یکی از محورهای آن به موازات سطح شیبدار باشد و جهت حرکت را به عنوان جهت مثبت و جهت مخالف را به عنوان جهت منفی معرفی می‌کنیم. لذا مجموع نیروها در راستای سطح (با لحاظ کردن جهت آنها که اگر در راستای حرکت باشد، علامتش مثبت و اگر در خلاف جهت حرکت باشد، علامتش منفی است) با حاصل ضرب جرم جسم در شتاب آن برابر خواهد بود. در جهت قائم بر سطح شیبدار نیز چون حرکتی وجود ندارد، لذا مجموع نیروها با توجه به علامت آنها باید صفر باشد. به این ترتیب معادله حرکت جسم به راحتی بدست می‌آید.