घर्षण: प्रकार, गुणांक, गणना, अभ्यास - शारीरिक - 2025

घर्षण एक सतह दूसरे के साथ संपर्क में होने का आंदोलन करने के लिए प्रतिरोध है। यह एक सतह की घटना है जो ठोस, तरल और गैसीय पदार्थों के बीच होती है। प्रतिरोध बल संपर्क में दो सतहों के लिए स्पर्शरेखा, जो कहा सतहों के बीच सापेक्ष विस्थापन की दिशा का विरोध करता है, इसे घर्षण बल या घर्षण बल F _r भी कहा जाता है ।

एक सतह पर एक ठोस शरीर को विस्थापित करने के लिए, एक बाहरी बल लागू किया जाना चाहिए जो घर्षण को दूर कर सकता है। जब शरीर चलता है, तो घर्षण बल शरीर पर काम करता है, इसे धीमा करता है, और इसे रोक भी सकता है।

टकराव

घर्षण बल को किसी सतह के संपर्क में किसी पिंड के बल आरेख द्वारा रेखांकन द्वारा दर्शाया जा सकता है। इस आरेख में घर्षण बल F _r को सतह पर शरीर के लिए लागू बल के घटक के विरोध में खींचा जाता है।

संपर्क सतह शरीर पर एक प्रतिक्रिया बल लगाती है जिसे सामान्य बल एन कहा जाता है। कुछ मामलों में, सामान्य बल केवल सतह पर आराम करने वाले शरीर के वजन पी के कारण होता है, और अन्य मामलों में, यह गुरुत्वाकर्षण बल के अलावा अन्य लागू बलों के कारण होता है।

घर्षण होता है क्योंकि संपर्क में सतहों के बीच सूक्ष्म खुरदरेपन होते हैं। जब एक सतह को दूसरे पर ले जाने की कोशिश की जाती है, तो खुरदरापन के बीच घर्षण होता है जो इंटरफ़ेस पर मुक्त गति को रोकता है। बदले में, ऊर्जा का नुकसान गर्मी के रूप में होता है जो शरीर को स्थानांतरित करने के लिए उपयोग नहीं किया जाता है।

घर्षण के प्रकार

घर्षण के दो मुख्य प्रकार हैं: कूलम्ब घर्षण या सूखा घर्षण, और द्रव घर्षण।

-कोलम्ब घर्षण

कूलंब घर्षण हमेशा निकायों की गति का विरोध करता है और इसे दो प्रकार के घर्षण में विभाजित किया जाता है: स्थिर घर्षण और गतिज (या गतिशील) घर्षण।

स्थैतिक घर्षण में सतह पर शरीर की कोई गति नहीं होती है। लागू बल बहुत कम है और घर्षण बल पर काबू पाने के लिए पर्याप्त नहीं है। घर्षण का अधिकतम मूल्य होता है जो सामान्य बल के समानुपाती होता है और इसे स्थैतिक घर्षण बल F _re कहा जाता है ।

स्थैतिक घर्षण के बल को अधिकतम बल के रूप में परिभाषित किया गया है जो शरीर के आंदोलन की शुरुआत को रोकता है। जब लागू बल स्थैतिक घर्षण बल से अधिक हो जाता है, तो यह अपने अधिकतम मूल्य पर रहता है।

काइनेटिक घर्षण तब कार्य करता है जब शरीर पहले से ही गति में होता है। शरीर को घर्षण से गतिमान रखने के लिए आवश्यक बल को गतिज घर्षण बल F _rc कहा जाता है ।

काइनेटिक घर्षण बल स्थैतिक घर्षण बल से कम या बराबर होता है क्योंकि एक बार जब शरीर हिलना शुरू हो जाता है, तो आराम करते समय ऐसा करने की कोशिश करने की तुलना में चलते रहना आसान होता है।

Coulomb के नियम घर्षण के

1. घर्षण बल सीधे संपर्क सतह के लिए सामान्य बल के लिए आनुपातिक है। आनुपातिकता की निरंतरता घर्षण μ का गुणांक है जो संपर्क में सतहों के बीच मौजूद है।
2. घर्षण बल सतहों के बीच स्पष्ट संपर्क क्षेत्र के आकार से स्वतंत्र है।
3. गतिज घर्षण बल शरीर की फिसलने की गति से स्वतंत्र है।

-फूल घर्षण

घर्षण तब भी होता है जब शरीर तरल या गैसीय पदार्थों के संपर्क में आते हैं। इस प्रकार के घर्षण को द्रव घर्षण कहा जाता है और इसे किसी तरल पदार्थ के संपर्क में शरीर की गति के प्रतिरोध के रूप में परिभाषित किया जाता है।

द्रव घर्षण एक तरल पदार्थ के प्रतिरोध को संदर्भित करता है जो एक ही या एक अलग सामग्री के द्रव परतों के संपर्क में आता है, और द्रव के वेग और चिपचिपाहट पर निर्भर है। चिपचिपाहट एक तरल पदार्थ के आंदोलन के प्रतिरोध का माप है।

-स्टोक्स फ्रिक्शन

स्टोक्स घर्षण एक प्रकार का द्रव घर्षण होता है जिसमें एक चिपचिपे द्रव में डूबे हुए गोलाकार कण, लामिना के प्रवाह में, एक घर्षण बल का अनुभव करते हैं जो द्रव के अणुओं में उतार-चढ़ाव के कारण अपने आंदोलन को धीमा कर देता है।

स्टोक्स घर्षण

प्रवाह लामिना है जब चिपचिपा बल, जो द्रव की गति का विरोध करता है, जड़त्वीय बलों से अधिक होता है और द्रव पर्याप्त रूप से छोटी गति और एक सुधारा पथ में चलता रहता है।

घर्षण गुणांक

कूलम्ब के घर्षण के पहले नियम के अनुसार, घर्षण गुणांक μ घर्षण बल और संपर्क सतह के सामान्य बल के बीच संबंध से प्राप्त होता है।

गुणांक μ एक आयाम रहित मात्रा है, क्योंकि यह दो बलों के बीच का संबंध है, जो संपर्क में सामग्रियों की प्रकृति और उपचार पर निर्भर करता है। आम तौर पर घर्षण गुणांक का मान 0 और 1 के बीच होता है।

स्थैतिक घर्षण गुणांक

स्थैतिक घर्षण का गुणांक आनुपातिकता की निरंतरता है जो उस बल के बीच मौजूद होता है जो संपर्क सतह पर आराम की स्थिति में शरीर की गति को रोकता है और सतह को सामान्य बल देता है।

काइनेटिक घर्षण गुणांक

गतिज घर्षण का गुणांक आनुपातिकता की निरंतरता है जो उस बल के बीच मौजूद होता है जो किसी सतह पर चलने वाले शरीर के आंदोलन को प्रतिबंधित करता है और सतह को सामान्य बल देता है।

स्थैतिक घर्षण का गुणांक गतिज घर्षण के गुणांक से अधिक होता है।

लोचदार घर्षण गुणांक

घर्षण के लोचदार गुणांक को लोचदार, नरम या किसी न किसी सामग्री की संपर्क सतहों के बीच घर्षण से प्राप्त किया जाता है जो कि लागू बलों द्वारा विकृत होते हैं। घर्षण दो लोचदार सतहों के बीच सापेक्ष आंदोलन का विरोध करता है और विस्थापन सामग्री की सतह परतों के एक लोचदार विरूपण के साथ होता है।

इन शर्तों के तहत प्राप्त घर्षण का गुणांक सतह खुरदरापन की डिग्री, संपर्क में सामग्रियों के भौतिक गुणों और सामग्री के इंटरफेस पर कतरनी बल के स्पर्शरेखा घटक की भयावहता पर निर्भर करता है।

आणविक घर्षण गुणांक

घर्षण का आणविक गुणांक उस बल से प्राप्त होता है जो एक कण की गति को रोकता है जो एक चिकनी सतह पर या एक तरल पदार्थ के माध्यम से स्लाइड करता है।

घर्षण की गणना कैसे की जाती है?

ठोस इंटरफेस पर घर्षण बल की गणना समीकरण F _r = μN के उपयोग से की जाती है

घर्षण बल समीकरण में भार समीकरण को प्रतिस्थापित करता है:

सामान्य के लक्षण

जब कोई वस्तु एक सपाट सतह पर आराम करती है, तो सामान्य बल वह होता है जो शरीर पर सतह द्वारा फैलाया जाता है, और यह गुरुत्वाकर्षण के कारण बल का विरोध करता है, न्यूटन के क्रिया और प्रतिक्रिया के नियम के अनुसार।

सामान्य बल हमेशा सतह के लंबवत कार्य करता है। झुकी हुई सतह पर, सामान्य घटता है क्योंकि दुबला कोण बढ़ता है और सतह से दूर लंबवत दिशा में इंगित करता है, जबकि वजन लंबवत रूप से नीचे की ओर इंगित करता है। एक झुकी हुई सतह पर सामान्य बल का समीकरण है:

inc = संपर्क सतह के झुकाव का कोण।

झुका हुआ विमान घर्षण

इसे स्लाइड करने के लिए शरीर पर कार्य करने वाले बल का घटक है:

जैसा कि लागू बल बढ़ता है यह घर्षण बल के अधिकतम मूल्य के करीब पहुंचता है, यह मूल्य स्थिर घर्षण बल के अनुरूप होता है। जब F = F _re, स्थिर घर्षण बल होता है:

और स्थैतिक घर्षण का गुणांक झुकाव के कोण के स्पर्शरेखा द्वारा प्राप्त किया जाता है of।

हल किया हुआ व्यायाम

एक क्षैतिज सतह पर आराम करने वाली वस्तु का घर्षण बल

क्षैतिज सतह पर रखा गया 15Kg का बॉक्स एक व्यक्ति द्वारा धकेल दिया जाता है जो इसे हिलाने के लिए सतह के साथ 50 न्यूटन के बल को लगाता है और फिर बॉक्स को स्थिर गति से चलते रहने के लिए 25 N का बल लागू करता है। स्थिर और गतिज घर्षण के गुणांक का निर्धारण करें।

बॉक्स क्षैतिज सतह पर घूम रहा है

समाधान: बॉक्स को स्थानांतरित करने के लिए लागू बल के मूल्य के साथ, स्थैतिक घर्षण μ _{ई का} गुणांक _{प्राप्त होता है} ।

सतह पर सामान्य बल एन बॉक्स के वजन के बराबर है, इसलिए एन = मिलीग्राम

इस मामले में, μ _ई = 50New / 147New

बॉक्स की गति को स्थिर रखने के लिए लगाया गया बल गतिज घर्षण बल है जो 25New के बराबर होता है।

गतिज घर्षण का गुणांक समीकरण μ _c = F _rc / N के साथ प्राप्त किया जाता है

झुकाव के कोण के साथ एक बल की कार्रवाई के तहत एक वस्तु का घर्षण बल

एक आदमी 20Kg के बॉक्स पर एक बल लागू करता है, सतह के संबंध में 30 ° के अनुप्रयोग के कोण के साथ जहां वह रहता है। यदि बॉक्स और सतह के बीच घर्षण का गुणांक 0.5 है तो बॉक्स को स्थानांतरित करने के लिए लागू बल का परिमाण क्या है?

समाधान: मुक्त शरीर आरेख लागू बल और इसके ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज घटकों का प्रतिनिधित्व करता है।

मुफ्त शरीर आरेख

लागू बल क्षैतिज सतह के साथ 30 ° का कोण बनाता है। बल का ऊर्ध्वाधर घटक स्थैतिक घर्षण के बल को प्रभावित करने वाले सामान्य बल में जोड़ता है। बॉक्स तब चलता है जब लागू बल का क्षैतिज घटक घर्षण बल F _पुनः के अधिकतम मूल्य से अधिक हो जाता है । स्थैतिक घर्षण के साथ बल के क्षैतिज घटक की समानता देता है:

सामान्य शक्ति

सामान्य बल बल के ऊर्ध्वाधर घटक के कारण शरीर का वजन नहीं रह गया है।

न्यूटन के दूसरे नियम के अनुसार, ऊर्ध्वाधर अक्ष पर बॉक्स पर कार्य करने वाली शक्तियों का योग शून्य है, इसलिए त्वरण का ऊर्ध्वाधर घटक _y = 0 है। सामान्य बल योग से प्राप्त होता है

समीकरण को समीकरण में प्रतिस्थापित करके, निम्नलिखित प्राप्त किया जाता है:

-एक चलते वाहन में विचलन

1.5-टन का वाहन 70 किमी / घंटा की गति से सीधी और क्षैतिज सड़क पर यात्रा कर रहा है। चालक को एक निश्चित दूरी पर सड़क पर बाधाएं दिखाई देती हैं जो उसे तेजी से ब्रेक करने के लिए मजबूर करती हैं। ब्रेक लगाने के बाद, वाहन थोड़े समय के लिए रुक जाता है जब तक कि वह रुक न जाए। यदि टायर और सड़क के बीच घर्षण का गुणांक 0.7 है; निम्नलिखित निर्धारित करें:

1. वाहन स्किडिंग करते समय घर्षण का मूल्य क्या है?
2. वाहन मंदी
3. जब यह रुक जाता है तब ब्रेक से वाहन द्वारा यात्रा की गई दूरी।

स्किड होने पर वाहन का घर्षण बल:

= 10290 नया

अनुभाग बी

स्किड होने पर घर्षण बल वाहन की मंदी को प्रभावित करता है।

न्यूटन के दूसरे नियम को लागू करने से समीकरण F = ma के लिए हल करके मंदी का मूल्य प्राप्त किया जाता है

अनुभाग सी

वाहन की प्रारंभिक गति v ₀ = 70Km / h = 19.44m / s है

जब वाहन रुक जाता है तो उसकी अंतिम गति v _f = 0 होती है और मंदी का एक = - 6.86m / s ^{2 होता है}

वाहन द्वारा तय की गई दूरी, जब वह ब्रेक लगाती है जब वह रुकती है, तो निम्नलिखित समीकरण से d के लिए हल करके प्राप्त की जाती है:

वाहन रुकने से पहले 27.54 मीटर की दूरी तय करता है।

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