Bir kutu kaymadan önce sürtünme kuvveti nasıl davranır?
Bir kutuya hafifçe bastırdığınız halde kutu yerinden oynamayabilir. Bu durum, itme kuvvetinin bulunmadığını göstermez. Kutu üzerindeki diğer kuvvetler onu dengeleyebilir. Statik sürtünme, temas eden yüzeyler birbirine göre kaymadan önce bu dengenin nasıl kurulabildiğini açıklayan kavramdır.
Açıklayıcı şema: Kayma başlamadan önce uygulanan yatay kuvvete karşılık veren statik sürtünme; iki dengeli durumu karşılaştıran şema. Kaynak: Friction diagram static.svg; üretici: Maxmath12; lisans: CC0.
Durgunlukta da sürtünme olabilir
Statik sürtünme, yüzeyler arasındaki kayma eğilimine karşı etki eder. Değeri her zaman tek bir sabit sayı değildir; belirli sınırlar içinde diğer kuvvetlere uyum sağlayabilir. OpenStax bu davranışı, uygulanan itmeye karşı artabilen fakat üst sınırı bulunan kuvvet olarak açıklar.
Yatay yüzeyde, başka yatay etki yokken kutuya itme uygulanmıyorsa yatay sürtünme de sıfır olabilir. İtme eklendiğinde kutu hâlâ duruyorsa sürtünme bu itmeyle eşit büyüklükte ve ters yönde olabilir. Temasın varlığı, mutlaka en büyük sürtünme değerinin oluştuğu anlamına gelmez.
Üst sınır ile gerçek değeri ayırın
Basit kuru sürtünme modelinde en büyük statik sürtünme, statik sürtünme katsayısıyla normal kuvvetin çarpımıdır. Normal kuvvet yüzeye dik temas kuvvetidir. Gerçekteki statik sürtünme bu üst sınıra kadar farklı değerler alabilir.
Bu nedenle her durgun kutu için sürtünmeyi doğrudan en büyük değere eşitlemek doğru değildir. Önce kutunun durabilmesi için gereken yatay denge bulunur. Sonra bu gereksinimin statik sürtünmenin sağlayabileceği sınır içinde kalıp kalmadığı değerlendirilir.
Varsayımsal üç itme
Yalnız düşünce örneği olarak, belirli bir yatay temasın en büyük statik sürtünmesini 5 newton kabul edelim. Bu gerçek yüzeye ait ölçülmüş katsayı değildir. Kutuya 2 newton itme uygulanırsa ve başka yatay kuvvet yoksa sürtünme 2 newtonla denge kurabilir.
İtme 4 newton olduğunda sürtünme 4 newton olabilir. Her iki durumda da 5 newtonluk üst sınıra ulaşılması gerekmez. İtme bu sınırı aşarsa yalnız statik sürtünmeyle yatay denge sürdürülemez ve kayma başlayabilir.
Örnek, sürtünmenin kayma öncesinde neden tek bir sayı gibi okunmadığını gösterir. Ayrıca sınırla uygulanan kuvvetin farklı bilgiler olduğunu açıklar. Kutunun hareket edip etmediğini bilmeden bütün durumlara aynı sürtünme hesabını yerleştirmek eksik kalır.
Kayma başladığında başka model kullanılır
Yüzeyler birbirine göre kayarken kinetik sürtünmeden söz edilir. Basit modelde büyüklüğü kinetik sürtünme katsayısıyla normal kuvvetin çarpımıyla ifade edilir. Bu, kayma öncesindeki uyum sağlayan statik değerle aynı hesap değildir.
OpenStax, birçok basit örnekte kaymayı başlatmak için gereken kuvvetin kaymayı sürdürmek için gerekenden büyük olabildiğini anlatır. Ancak sayısal katsayılar temas çiftine ve koşullarına bağlıdır. Bir yüzeyin her ortamda aynı katsayıyı taşıdığı varsayılmamalıdır.
Sürtünmenin yönünü ne belirler?
Yön, yüzeyler arasındaki göreli kayma veya kayma eğilimine karşıdır. Bu tanım, sürtünmenin her durumda cismin bütün hareketine ters yönde olduğunu söylemekten daha dikkatli bir ifadedir. Hareketli temaslarda farklı cisimlerin etkileşimi ayrı ayrı düşünülür.
Yatay kutu örneğinde kutu sağa kaymaya eğilimliyse zemin kutuya sola doğru sürtünme uygulayabilir. İncelenen cisim kutudur; zemine uygulanan etkileşim başka cismin kuvvet hesabına aittir. Aynı şekle bütün cisimlerin kuvvetlerini karıştırmak toplamı yanlış kurabilir.
Normal kuvveti otomatik eşitlemeyin
Yatay yüzeyde yalnız ağırlık ve destek etkisi bulunuyorsa normal kuvvet ağırlıkla eşit olabilir. Fakat ek düşey kuvvetler veya farklı yüzey yönü varsa bu eşitlik ayrıca değerlendirilir. Sürtünme sınırını belirleyen normal kuvveti bulmak, ağırlığı her durumda yerine koymak değildir.
Basit sürtünme modeli gündelik birçok durumu açıklamaya yardım eder, fakat temasın bütün mikroskobik ayrıntılarını içermez. Soruyu doğru kurmak için önce yüzeylerin kayıp kaymadığı, ardından gereken denge ve kullanılacak modelin koşulları belirlenir. Böylece kutunun durması, kuvvetlerin yokluğu yerine belirli bir denge olarak anlaşılır.
