Az erő definíciója úgy szólt, hogy az a testeknek olyan egymásra hatása, amely alak, vagy mozgásállapot-változásban nyilvánulhat meg.
Emlékezz, mit jelent a feltételes mód: kis erővel ráütsz az asztalra, nem történik semmi. Ugye nem felejtetted el, ez is erőhatás. Hiszen kezed nehézségi erejével hatottál az asztalra. Csak éppen kis erővel.
ISMÉTLÉS: Az alakváltozást, nem kell magyarázni. A mozgásállapot-változás pedig azt jelenti, hogy a test sebessége vagy helyzete változik. Azt is megbeszéltük, hogy ha állandó erővel húzol (hatsz) egy testet, akkor az gyorsulni fog. Épp ez az erőmérés egyik módja. A tömeg és a gyorsulás alapján tudod pl. mérni az erőt. Ez Newton II. törvénye, F = m * a.
Tehát az erő gyorsítja a testet, vagyis növeli a mozgásállapotát (mert sebessége fokozódik). Ilyen erő lehet a gépkocsinál a benzinmotor hajtóereje, vagy a szabadesésnél a gravitáció ereje, a Föld vonzóereje. Azonban a gépkocsinál is, a szabadon eső ejtőernyősnél is fellépnek ezt a mozgást akadályozó erők. Ma ezekről írok nektek. Gépkocsi megáll, ha nem nyomják tovább a gázpedált. Az ejtőernyős pedig egy maximális sebességnél mégsem gyorsul tovább. biztos láttatok ilyen filmet, amikor az ejtőernyős "vigyázzállásban" gyorsan zuhan és amikor kezét-lábát szétterpeszti, lassabban esik. Ezekről fogunk a fizikai törvényszerűségeket felhasználva gondolkozni.
Súrlódás és közegellenállás
Nézzük meg akkor, mi is ez a két fogalom.
DEFINÍCIÓ: A csúszási súrlódás is és a légellenállás/közegellenállás is az egymáson elmozduló és egymással érintkező testek között nyilvánul meg, csökkenti az egymáshoz viszonyított sebességüket.
A csúszási súrlódás szilárd testek között, a közegellenállás gázok/folyadékok és szilárd testek között jön létre.
A csúszási súrlódás értéke mérhető. Ehhez az adott testet a vele érintkező felületen egy erőmérővel egyenletes sebességgel kell vontatni.
FONTOS: |
|
A csúszási súrlódás akkor érvényesül, áll fenn, ha a testet már mozgatjuk. De amíg nem sikerül mozgatni, amíg meg nem tudjuk mozdítani, addig a tapadási súrlódás érvényesül.
A tapadási súrlódás egyenlő nagyságú és ellentétes irányú azzal az erővel, amellyel az adott tárgyat meg akarjuk mozdítani.
Ezt kihagyhatod, mert ezt majd középiskolában fogod így, részletesen tanulni és ha ezt nem tudod, ettől még lehetsz kiváló szakács.
Váratlan lehet, de kövessük a folyamatot például egy szekrénynél. Kis erővel tolod, meg sem mozdul. Persze, mert a tapadási súrlódás akadályozza. Növeled a tolóerőt. Még mindig nem mozdul - ugyanazért. Még jobban nekiveselkedsz, végre elindul. A tapadási súrlódási erő tehát igazándiból egy maximum. Annak az erőnek a maximuma, ami még nem tudja megmozdítani a testet - most a szekrényt. Gondold el, azért a maximum érték,
- mert ha nem így definiálnánk, akkor határozatlan lenne az értéke. Ez pedig a fizikában nagyon nem elfogadott!
- mert így pontosan mérni lehet.
A tapadási súrlódás miatt tudunk járni. Lépés közben a lábunk (cipőtalp) hátra nyomja a földet. Az pedig a hatás-ellenhatás törvénye (Newton III.) szerint lábunkat előre nyomja.
A súrlódás nem mindig a mozgást akadályozó erő. Pl. Teherautó platóján a láda pont a súrlódás miatt nem csúszkál össze-vissza. A vitorlást viszi/sodorja előre a szél a légellenállásnak köszönhetően.
Ez IS FONTOS! A súrlódási erő mindig párhuzamos az érintkező felületekkel, a nyomóerő pedig mindig merőleges a felületre, tehát az ábrán látható módon kell berajzolni. Kiszámítását később tanuljuk meg. |
A piramisok építése során a hatalmas kőtömbök alá gerendákat tettek. Az egyiptomiak már tudták, hogy a gördülési súrlódás kisebb, mint a csúszásnál fellépő súrlódási erő. Tehát meg kell különböztetnünk a kettőt.
Ennek leglátványosabb megnyilvánulása a gépkocsikerék! Ez a hatásos fékezés technikájának alapja és ezen a tényen alapul az ABS (Anti-Blocking System) működése.
A másik mozgást akadályozó erőhatás a közegellenállási erő. Ez a közegellenállási erő amellyel a folyadékok, gázok fejtenek ki a bennük mozgó testekre.
A közegellenállási erővel jellemezzük a közegellenállást, ami függ:
- a közeg sűrűségétől
- a testnek a közeghez viszonyított sebességétől
- a testnek a haladásra merőleges keresztmetszetétől
- a test alakjától (lásd áramvonalasság - az ejtőernyős alakjánál is ezt látjuk).
1] kenőanyagok ezt csökkentik, mert az egyenetlenségbe 'behatolva' a felületet símává teszik.
Gyorsítás
Térjünk vissza az erő sebességváltoztató hatására. (A sebesség vektor, tehát az erő a sebesség nagyságát is és irányát is megváltoztathatja.) A már tanult Newton II. törvénye szerint az erő és az általa létrehozott gyorsulás egyenesen arányos. A hétköznapi életben ezt igazolod is, hiszen minél nagyobb gyorsaságot, gyorsulást akarsz elérni, annál nagyobb erővel lököd meg például a hintát.
A könyvben nem szerepel, tehát ezt sem kell tudnod, de megemlítem. Azért érdemes lenne tudnod: A tapadási, a csúszási és a gördülési súrlódási erő függ az anyagi minőségtől. Ezek egzaktul, pontosan nem mérhető tulajdonságok. Ilyen esetben használja a fizika a tényező fogalmát. Jelen esetben a tapadási, a csúszási és a gördülési súrlódási tényezőt. Használják még az együttható elnevezést is a tényező helyett. Ez mindig egy viszonyszám, vagyis nincs mértékegysége. Még százalékban is ki szokták fejezni. Hányad része? = hány százaléka? A munkafüzet 30. oldalán egy táblázatban van is egy-két ilyen adat. Azt mondja meg
- a tapadási súrlódási tényező, hogy a tapadási súrlódási erő hányadrésze a nyomóerőnek,
- a csúszási súrlódási tényező, hogy csúszási súrlódási erő hányadrésze a nyomóerőnek,
- a gördülési súrlódási tényező, hogy gördülési súrlódási erő hányadrésze a nyomóerőnek.
A közegellenállás függ a test alakjától, a keresztmetszettől, a sűrűségtől. E miatt ez nagyon bonyolult összefüggés. Itt már nem lehet egyetlen közegellenállási tényezőt megadni, definiálni.
HF: munkafüzet 29. oldal 1., 2. feladatok. 30. oldal 3. feladat. (ez nincs számozva!)
Segítség a 2. feladathoz: A tapadási súrlódási erő a példában 50 N. Ha 5 N a húzúerő, akkor 5 N a tapadási súrlódási erő is. Miért? Miért lenne nagyobb? A test nyugalomban van, tehát a testre ható erők összege 0. Ha nem 0 lenne, akkor a testnek mozognia kellene!!! Ezek után a 20 N és a 30 N húzóerőnél is ez a gondolatmenet.
A csúszási súrlódási erő a példában 45 N. Tehát ha 55 (vagy akár 100) N-nal húzzák a testet, akkor 55 N gyyorsítja, 45 N fékezi. Ennek különbsége, a 10 N a gyorsító erő, bár ezt a feladat nem kérdezi.