Berze ir spēks, kas pretojas relatīvai kustībai, un tas notiek saskarsmē starp ķermeņiem, bet arī ķermeņu iekšienē, piemēram, šķidrumu gadījumā. Berzes koeficienta jēdzienu pirmais formulēja Leonardo da Vinči. Berzes koeficienta lielumu nosaka virsmu īpašības, apkārtne, virsmas īpašības, smērvielas klātbūtne utt.

Berzes likumi

Ir pieci berzes likumi, un tie ir:

• Kustīgā objekta berze ir proporcionāla un perpendikulāra normālajam spēkam.

• Objekta berze ir atkarīga no virsmas, ar kuru tas saskaras, rakstura.

• Berze nav atkarīga no saskares zonas, kamēr pastāv saskares zona.

• Kinētiskā berze nav atkarīga no ātruma.

• Statiskās berzes koeficients ir lielāks par kinētiskās berzes koeficientu.

Kad mēs redzam jebkuru objektu, mēs varam redzēt gludu virsmu, bet, ja to pašu objektu aplūko mikroskopā, var redzēt, ka pat gludam objektam ir raupjas malas. Caur mikroskopu var redzēt sīkus paugurus un rievas, un tos sauc par virsmas nelīdzenumiem. Tātad, kad viens objekts tiek pārvietots pār otru, šie virsmas nelīdzenumi sapinās, radot berzi. Jo vairāk nelīdzenumu, jo vairāk būs nelīdzenumu un lielāks būs spēks.

Statiskā berze

Pastāv vairākas teorijas par statiskās berzes cēloņiem, un, tāpat kā vairums ar berzi saistīto jēdzienu, katra no tām ir derīga noteiktos apstākļos, bet citos apstākļos neizdodas. Reālās pasaules lietojumiem (īpaši tiem, kas saistīti ar rūpnieciskajām iekārtām un kustību). Kontrolējiet divas visplašāk pieņemtās statiskās berzes teorijas, kas saistītas ar virsmu mikroskopisko raupjumu.

Neatkarīgi no tā, cik perfekti virsma ir apstrādāta, apstrādāta un notīrīta, tai neizbēgami būs nelīdzenumi – būtībā raupjums, kas sastāv no virsotnēm un ielejām, līdzīgi kā kalnu grēda. (Tehniski virsotnes ir asperitātes.) Kad saskaras divas virsmas, var šķist, ka tām ir liels, precīzi definēts saskares laukums, taču patiesībā saskare notiek tikai noteiktās vietās, proti, tur, kur saskaras virsmas. abas virsmas traucē.

Šo mazo saskares laukumu summa starp asperitātēm tiek saukta par reālo vai efektīvo saskares zonu. Tā kā šīs atsevišķās saskares zonas ir ļoti mazas, spiediens (spiediens = spēks ÷ laukums) starp virsmām šajos punktos ir ļoti augsts. Šis ārkārtējais spiediens nodrošina adhēziju starp virsmām, izmantojot procesu, kas pazīstams kā aukstā metināšana, kas notiek molekulārā līmenī. Pirms virsmas var pārvietoties viena pret otru, ir jāpārtrauc saites, kas izraisa šo saķeri.

Turklāt virsmu raupjums nozīmē, ka atsevišķās vietās vienas virsmas netīrumi nogulsnējas otras virsmas ielejās – citiem vārdiem sakot, virsmas savienosies.

Šīs savstarpēji bloķētās zonas ir jāsalauž vai plastiski jādeformē, pirms virsmas var kustēties. Citiem vārdiem sakot, jānotiek nobrāzumam. Tātad vairumā lietojumu statisko berzi izraisa gan saskarē esošo virsmu saķere, gan noberšanās.

Statiskās berzes likumi

Pastāv divi statiskās berzes likumi:

1. Pirmais likums: Maksimālais statiskās berzes spēks nav atkarīgs no saskares laukuma.
2. Otrais likums: Maksimālais statiskās berzes spēks ir salīdzināms ar normālo spēku, t.i., ja normālais spēks palielinās, palielinās arī maksimālais ārējais spēks, ko objekts var izturēt, nekustoties.

Statiskās berzes formulas atvasinājums

Apskatīsim bloku ar svaru mg, kas atrodas uz horizontālas virsmas, kā parādīts attēlā. Kad ķermenis piespiežas pret virsmu, virsma deformējas pat tad, ja šķiet, ka tā ir stingra. Deformētā virsma spiež ķermeni ar normālu spēku R, kas ir perpendikulāra virsmai. To sauc par parasto reakcijas spēku. Tas līdzsvaro mg tas ir

R = mg

Tagad ņemsim vērā, ka blokam tiek pielikts spēks P. Skaidrs, ka ķermenis paliek miera stāvoklī, jo kāds cits spēks F iedarbojas horizontālā virzienā un ir pretrunā ar pielikto spēku P, kā rezultātā ķermenim ir nulle. Šo spēku F, kas iedarbojas gar ķermeņa virsmu saskarē ar galda virsmu, sauc par berzes spēku.

Tātad, kamēr ķermenis nekustas F = P. Tas nozīmē, ka, palielinot P, palielinās arī berze F, vienmēr paliekot vienāda ar P.

Šis berzes spēks, kas darbojas, līdz sākas faktiskā kustība, ir pazīstams kā statiskā berze.

Statiskās berzes koeficients

Statiskā berze ir berze, kas rodas, novietojot objektu uz virsmas. Un kinētiskā berze ir saistīta ar objekta kustību pa virsmu. Berzi labi raksturo berzes koeficients, un to izskaidro kā attiecību starp berzes spēku un normālo spēku. Tas palīdz objektam gulēt uz virsmas. Statiskās berzes koeficients ir skalārs lielums, un to apzīmē kā μ_s.

Statiskās berzes koeficienta formula ir izteikta kā

mu_{s} = frac{F}{N}

Kur

m _s = statiskās berzes koeficients

F = statiskais berzes spēks

N = normāls spēks

Kinētiskā berze

Kinētiskā berze ir definēta kā spēks, kas iedarbojas starp kustīgām virsmām. Ķermenis, kas pārvietojas pa virsmu, piedzīvo spēku pretējā virzienā. Spēka lielums būs atkarīgs no kinētiskās berzes koeficienta starp abiem materiāliem.

Berze ir viegli definējama kā spēks, kas aiztur slīdošu objektu. Kinētiskā berze ir visa sastāvdaļa, un tā traucē divu vai vairāku objektu kustību. Spēks darbojas pretējā virzienā tam, kā objekts vēlas slīdēt.

Ja automašīnai ir jāapstājas, mēs iedarbinām bremzes, un tieši tur parādās berze. Ejot, kad gribas pēkšņi apstāties, berze ir vēlreiz pateikties. Bet, kad mums ir jāapstājas peļķes vidū, viss kļūst grūtāks, jo tur ir mazāka berze un tā nevar tik daudz palīdzēt.

Pārvarot statisko berzi starp divām virsmām, kustībai būtībā tiek novērsti gan molekulārie šķēršļi (aukstā metināšana starp asperijām), gan zināmā mērā mehāniskie šķēršļi (traucējumi starp virsmu slāņiem un ielejām). Kad kustība ir uzsākta, daži nobrāzumi turpina notikt, taču daudz zemākā līmenī nekā statiskās berzes laikā, un relatīvais ātrums starp virsmām nodrošina nepietiekamu laiku, lai notiktu papildu aukstā metināšana (izņemot ļoti mazu ātrumu).

Pārvarot lielāko daļu adhēzijas un noberšanās, lai izraisītu kustību, pretestība kustībai starp virsmām ir samazināta, un tagad virsmas pārvietojas kinētiskās berzes ietekmē, kas ir daudz zemāka nekā statiskā berze.

Kinētiskās berzes likumi

Ir četri kinētiskās berzes likumi:

1. Pirmais likums: Kinētiskās berzes spēks (F_k) ir tieši proporcionāls normālai reakcijai (N) starp divām saskarē esošām virsmām. kur, m _k ​ = konstante, ko sauc par kinētiskās berzes koeficientu.
2. Otrais likums: Kinētiskās berzes spēks nav atkarīgs no saskarē esošo virsmu formas un redzamā laukuma.
3. Trešais likums: Tas ir atkarīgs no saskares virsmas rakstura un materiāla.
4. Ceturtais likums: Tas nav atkarīgs no saskares objekta ātruma, ja relatīvais ātrums starp objektu un virsmu nav pārāk liels.

Kinētiskās berzes formula

Kinētiskās berzes koeficientu apzīmē ar grieķu burtu mu ( m ), ar apakšindeksu k. Kinētiskās berzes spēks ir m _k reizes pārsniedz normālo spēku uz ķermeni. To izsaka Ņūtonos (N).

Kinētiskās berzes vienādojumu var uzrakstīt šādi:

Kinētiskās berzes spēks = (kinētiskās berzes koeficients) (normālais spēks)

F _k = m _k h

kur,

F _k = kinētiskās berzes spēks

m _k kinētiskās berzes koeficients

h = normāls spēks (grieķu burts eta)

Kinētiskās berzes formulas atvasinājums

Apskatīsim svara bloku mg guļ uz horizontālas virsmas, kā parādīts attēlā. Kad ķermenis piespiežas pret virsmu, virsma deformējas pat tad, ja šķiet, ka tā ir stingra. Deformētā virsma spiež ķermeni ar normālu spēku R kas ir perpendikulāra virsmai. To sauc par parasto reakcijas spēku. Tas līdzsvaro mg tas ir R = mg .

datu tipi java

Tagad uzskatīsim to par spēku P tiek uzklāts uz bloka, kā parādīts attēlā. Skaidrs, ka ķermenis paliek miera stāvoklī kāda cita spēka dēļ F iedarbojas horizontālā virzienā un iebilst pret pielikto spēku P kā rezultātā neto spēks uz ķermeni ir nulle. Šo spēku F, kas iedarbojas gar ķermeņa virsmu saskarē ar galda virsmu, sauc berzes spēks .

Tātad, kamēr ķermenis nekustas F = P . Tas nozīmē, ka, palielinot P, palielinās arī berze F, vienmēr paliekot vienāda ar P.

Palielinot pielietoto spēku nedaudz virs ierobežojošās berzes, sākas faktiskā kustība. Tas nenozīmē, ka berze ir pazudusi. Tas nozīmē tikai to, ka spēks ir pārvarējis ierobežojošo berzi. Šis berzes spēks šajā posmā ir pazīstams kā kinētiskā berze vai dinamiskā berze.

Kinētiskā berze jeb dinamiskā berze ir pretējs spēks, kas iedarbojas, kad ķermenis faktiski pārvietojas pa cita ķermeņa virsmu.

Statiskās un kinētiskās berzes pielietošana

Statiskās berzes pielietojumi

Daži reāli statiskās berzes piemēri ir sniegti tālāk norādītajos punktos.

• Papīri uz galda virsmas
• Dvielis, kas karājās uz plaukta
• Grāmatzīme grāmatā
• Kalnā novietota automašīna

Kinētiskās berzes pielietojumi

Daži reāli kinētiskās berzes piemēri ir sniegti zemāk esošajos punktos.

• Berzei ir liela nozīme arī ikdienas notikumos, piemēram, divu priekšmetu berzes laikā. Iegūtā kustība pārvēršas siltumā un tādējādi dažos gadījumos izraisa ugunsgrēku.
• Tas ir atbildīgs arī par nodilumu, un tāpēc mums ir nepieciešama eļļa, lai ieeļļotu mašīnu daļas, jo tā samazina berzi.
• Kad divi objekti tiek berzēti viens pret otru, berzes spēks tiek pārvērsts siltumenerģijā, dažos gadījumos izraisot ugunsgrēku
• Kinētiskā berze ir atbildīga par mašīnu detaļu nodilumu, tāpēc ir svarīgi ieeļļot mašīnas daļas ar eļļu.

Atšķirība starp statisko un kinētisko berzi

Problēmu paraugi, kuru pamatā ir statiskā un kinētiskā berze

1. jautājums: Vīrietis pa grīdu stumj lielu kartona kasti ar masu 75,0 kg.

Risinājums:

Kinētiskās berzes koeficients ir μ_k= 0,520

Darbinieks pieliek spēku 400,0 N uz priekšu.

Kāds ir berzes spēka lielums?

Atbilde: Uz līdzenas virsmas objekta normālo spēku var uzzināt pēc formulas

h = mg

Aizvietojot η vērtību vienādojumā F_k= m_kη , mēs saņemam

F_k= (0,520) (75,0 kg) (9,80 m/s²) = 382,2 N

2. jautājums. Iepriekš minētajā jautājumā aprēķiniet tīro spēku, kas pārvieto kasti?

Risinājums:

Tīrais spēks, kas iedarbojas uz ķermeni, ir visu to spēku summa, kas iedarbojas uz ķermeni.

Šajā gadījumā spēki, kas iedarbojas uz ķermeni, ir spēks, ko iedarbojas cilvēks, un kinētiskā berze, kas darbojas pretējā virzienā.

Ja kustību uz priekšu uzskata par pozitīvu, tīro spēku aprēķina šādi:

F_tīkls= F_strādnieks– F_k

Aizstājot vērtības iepriekš minētajā vienādojumā, mēs iegūstam

F_tīkls= 400 N – 382,2 N = 17,8 N

3. jautājums: kāpēc ritošā kustība rada berzi?

Atbilde:

Teorētiski bumbiņa saskaras ar virsmu.

Bet patiesībā bumba (un/vai virsma) slodzes ietekmē deformējas, un saskares laukums kļūst eliptisks.

Teorētiski rites virsmām, piemēram, tām, kas atrodas lielākajā daļā rotējošo un lineāro gultņu (izņemot slīdgultņus), nevajadzētu saskarties ar berzes spēkiem.

Bet reālajā pasaulē trīs faktori izraisa berzi rites virsmās:

1. Mikroslīdēšana starp virsmām (virsmas slīd viena pret otru)

2. Materiālu neelastīgās īpašības (t.i. deformācija).

3. Virsmu raupjums

4. jautājums: uz gludas virsmas novieto priekšmetu, kura masa ir 10 kg. Statiskā berze starp šīm divām virsmām ir norādīta kā 15 N. Vai atrast statiskās berzes koeficientu?

Risinājums:

Ņemot vērā

m = 10 kg

F = 15 N

m_s= ?

Mēs to zinām,

Normāls spēks, N = mg

Tātad N = 10 × 9,81 = 98,1 N

Statiskās berzes koeficienta formula ir:

m_s= 15/N

javascript druka

m_s= 15/98,1

m _s = 0,153

5. jautājums: objekta normālais spēks un statiskais berzes spēks ir attiecīgi 50 N un 80 N. Atrodi statiskās berzes koeficientu?

Risinājums:

Ņemot vērā

N = 50 N

F = 80 N un μ_s= ?

Statiskās berzes koeficienta formula ir

m_s= F/N

m_s= 80/50

m_s= 1,6

6. jautājums. Kāda ir saistība starp statisko un kinētisko berzi?

Atbilde:

Statiskās berzes spēks notur nekustīgu objektu miera stāvoklī. Kad statiskās berzes spēks ir pārvarēts, kinētiskās berzes spēks palēnina kustīgu objektu.

7. jautājums: ledusskapis sver 1619 N, un statiskās berzes koeficients ir 0,50. Kāds ir vismazākais spēks, kas tiek izmantots, lai pārvietotu ledusskapi?

Risinājums:

Dotie dati:

Ledusskapja svars, W=1619 N

W=1619 N

Statiskās berzes koeficients, μ_s= 0,50

Minimālo spēku, kas nepieciešams ledusskapja pārvietošanai, var norādīt kā:

F = m_sIN

F = 0,50 × 1619

F = 809,50 N.