Sürtünme yakıtı boşa harcar, lastiği aşındırır — ama olmasaydı ne yürüyebilir ne fren yapabilirdin, hatta elindeki bardağı bile tutamazdın. Bu ünitede sürtünmenin neye bağlı olduğunu ve neye bağlı olmadığını öğreneceksin; ikincisi çoğu kişiyi şaşırtıyor.
Durmakta olan cisimlerin harekete geçmesini engellemeye çalışan, hareket hâlindeki cisimlerin hareket etmesini zorlaştıran kuvvete sürtünme kuvveti denir. Bir yüzeyde kayarak ilerleyen cisimlere etki eden sürtünme kuvveti genellikle cismin hareket yönüne zıt yönde olur.
Bu üç maddeyi ayırt edebilmek, sürtünme sorularının çoğunu çözmeye yeter. Özellikle üçüncüsü sezgiye aykırıdır.
Sürtünen yüzeylerin cinsine bağlıdır. Bu bağlılık formüldeki k katsayısıyla ifade edilir. Buz üzerinde k küçüktür, zımpara kağıdında büyüktür.
Cisme yüzeyin uyguladığı tepki kuvveti ile doğru orantılıdır. Bu yüzden yatay düzlemde cisme bir dış kuvvet uygulanmadığında sürtünme kuvveti cismin ağırlığı ile doğru orantılıdır. Ağır cismi itmek daha zordur.
Sürtünen yüzeylerin büyüklüğüne bağlı değildir. Bir tuğlayı geniş yüzeyi üzerinde de dar yüzeyi üzerinde de itsen sürtünme kuvveti aynıdır. Çoğu kişinin yanlış tahmin ettiği nokta budur.
Sürtünme kuvveti durgun ya da hareketli cisimler için iki farklı isimle ifade edilir: zorlamaya karşı oluşan sürtünme kuvvetine statik sürtünme kuvveti, harekete (kayma hareketine) karşı oluşan sürtünme kuvvetine kinetik sürtünme kuvveti denir.
Duran cisimlerin harekete geçme anına kadar cisme etki eden sürtünme kuvvetidir. Cismin hareket etmesi, cisme uygulanan F⃗ kuvvetinin büyüklüğüne bağlıdır.
Kayarak öteleme hareketi yapan cisimlere etki eden sürtünme kuvvetidir.
Kaymadan yapılan hareketlerde yani dönme hareketinde statik sürtünme kuvveti etkilidir. Yürürken ayağın yerde kaymaz; tekerlek yolda kaymadan yuvarlanır. Bu yüzden ikisinde de kinetik değil statik sürtünme iş başındadır.
Statik sürtünme kuvveti hareketle aynı yönde ya da hareketle zıt yönde olabilir. Adım atarak yürürken statik sürtünme seni ileri iter (hareketle aynı yönde); adım atarak dururken ise geriye doğrudur (hareketle zıt yönde). Sürtünme her zaman harekete zıt değildir — bu bilgi sınavda ayırt edici olur.
İvme–Uygulanan Kuvvet grafiği, sürtünmeli yatay düzlemde duran bir cisme etki eden düzleme paralel kuvvet ile cismin kazandığı ivme arasındaki ilişkiyi gösterir.
Sürtünmeli ortamda cisme etki eden net kuvvetin büyüklüğü, uygulanan kuvvetten sürtünme kuvveti çıkarılarak bulunur:
İvme–uygulanan kuvvet grafiğinin eğimi, cismin kütlesinin tersini verir:
Yani eğim büyükse kütle küçüktür. Grafiğin başlangıçta yatay olması, kuvvet FS.max'ı aşana kadar cismin hiç ivmelenmemesinden kaynaklanır.
Mühendislik büyük ölçüde şu karardan ibarettir: burada sürtünme çok mu gerekli, az mı?
Karda lastiğin k katsayısı düşer, araç kayar. Kış lastiğinin desenleri ve zincir yüzeyin cinsini değiştirerek k'yı büyütür. Dikkat: lastiği daha geniş yapmak sürtünmeyi doğrudan artırmaz — sürtünme yüzey büyüklüğüne bağlı değildir.
Futbolcunun kramponu çime saplanarak statik sürtünmeyi büyütür; ani yön değiştirmeyi bu sağlar. Halterciler ve jimnastikçiler ellerine magnezyum tozu sürerek teri kurutur ve k'yı yükseltir.
Fren, tekerleği yavaşlatmak için bilerek yüksek sürtünmeli bir malzeme kullanır. Frenlemede ortaya çıkan ısı, sürtünmenin enerjiyi ısıya çevirdiğinin doğrudan kanıtıdır — uzun inişlerde fren kokmasının sebebi budur.
Motor yağı, iki metal yüzey arasına girerek doğrudan teması keser ve k'yı düşürür. Rulmanlar ise kayma yerine yuvarlanma sağlar; yuvarlanmada statik sürtünme etkilidir ve enerji kaybı çok daha azdır.
Kayak tabanına sürülen vaks, buz pateninin ince bıçağı — hepsi k'yı düşürmek içindir. Buz zaten düşük sürtünmeli bir yüzeydir; bu yüzden buzda yürüyemezsin, çünkü seni ileri itecek tepki kuvveti oluşmaz.
Koltuk ayaklarına yapıştırılan keçe, ahşap–ahşap temasını keçe–ahşap temasına çevirerek k'yı düşürür. Böylece koltuğu tek başına itebilirsin ve parke çizilmez.
İtmeye başlarken çok zorlanır, dolap hareket edince birden kolaylaşır. Çünkü kinetik sürtünme, maksimum statik sürtünmeden küçüktür. En zor an, tam olarak kopma anıdır.
Bardak elinden kaymıyorsa parmakların uyguladığı N büyüktür, dolayısıyla Fs = k·N de büyüktür. Elin ıslanınca k düşer ve bardak kayar. Sürtünme olmasaydı hiçbir şeyi tutamazdın.
Adım atarak yürürken statik sürtünme kuvveti seni ileri iter, yani hareketle aynı yönlüdür. Adım atarak dururken ise zıt yönlüdür. Sürtünmenin her zaman harekete zıt olduğu sanısı bu örnekle çürür.
18 sorudan oluşan bu test ile "Sürtünme Kuvveti" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Duran cisimlerin harekete geçmesini engelleyen, hareketli cisimlerin hareketini zorlaştıran kuvvet. Kayan cisimlerde genellikle hareket yönüne zıttır.
k sürtünen yüzeylerin cinsine bağlı katsayı, N ise yüzeyin cisme uyguladığı tepki kuvvetidir.
Sürtünen yüzeylerin büyüklüğüne bağlı değildir. Tuğlayı yan çevirsen de sürtünme aynı kalır.
Yüzeylerin cinsine bağlıdır ve tepki kuvvetiyle doğru orantılıdır. Yatayda dış kuvvet yoksa ağırlıkla doğru orantılıdır.
Duran cisimlerin harekete geçme anına kadar etki eder. Statik bölgede uygulanan kuvvete eşittir; maksimumu aşılınca cisim hareket başlar.
Kayarak öteleme yapan cisimlere etki eder. Büyüklüğü, maksimum statik sürtünme kuvvetinden daha küçüktür.
Kaymadan yapılan hareketlerde yani dönme hareketinde statik sürtünme kuvveti etkilidir.
Statik sürtünme kuvveti hareketle aynı yönde ya da zıt yönde olabilir. Yürürken ileri iter, dururken geri çeker.
İvme–uygulanan kuvvet grafiğinde FNET = F − FS.max ve eğim = a/(F−FS.max) = 1/m'dir.