11. Sınıf Fizik · Ünite 1
Harekete Karşı Duran Gizli Güç: Statik ve Kinetik Sürtünme
Cisimlerin hareketini engelleyen sürtünme kuvvetinin statik ve kinetik olmak üzere iki türünü inceleyecek, aralarındaki farkları günlük hayattan örneklerle keşfedeceğiz.
Kazanım FİZ.11.1.3 · 30 dk okuma
Sürtünme Kuvveti: Hareketi Kontrol Eden Gizli El
Ağır bir dolabı itmeye çalıştığınızı hayal edin. İlk başta ne kadar zorlarsanız zorlayın dolap yerinden kımıldamaz. Ancak hareket etmeye başladığı an, onu itmeye devam etmek sanki biraz daha kolaylaşır. İşte bu hepimizin yaşadığı günlük hayat deneyiminin arkasında mekaniğin en önemli kuvvetlerinden biri yatar: Sürtünme kuvveti!
Sürtünme kuvveti her zaman harekete ya da hareket etme eğilimine karşı koyan, temas halindeki yüzeyler arasında oluşan bir kuvvettir. Cisimlerin durma ve kayma durumlarına göre iki farklı isim alır: Statik ve Kinetik.
Statik Sürtünme Kuvveti (Duran Cisimler)
Bir cisme kuvvet uygulandığında cisim henüz hareket etmiyorsa, uygulanan kuvvete zıt yönde oluşan dirence 'statik sürtünme kuvveti' denir. Statik sürtünme son derece akıllıdır; siz ne kadar iterseniz, o da cisme uyguladığınız kuvvet kadar direnç gösterir. Ta ki kendi maksimum sınırına ulaşana kadar!
Kinetik Sürtünme Kuvveti (Kayan Cisimler)
Dolap sonunda pes edip zeminde kaymaya başladığında, görev değişim vakti gelmiştir. Artık devreyi 'kinetik sürtünme kuvveti' devralır. Cisim yüzey üzerinde kayarak öteleme hareketi yaparken etki eden bu kuvvet, hızdan bağımsız olarak büyük ölçüde sabit kalır.
Aynı yüzeyler için maksimum statik sürtünme her zaman kinetik sürtünmeden büyüktür. Bu nedenle, duran ağır bir cismi harekete geçirmek, hareket halindeki bir cismi aynı hızda itmeye devam etmekten her zaman daha çok efor gerektirir.
Kayarak ve Dönerek İlerleyen Cisimlerin Sürtünme Farkı
Peki ya araba tekerlekleri? Düz bir yolda kaymadan ilerleyen bir arabanın tekerleği dönerken, tekerleğin yere temas eden noktası anlık olarak yola göre hareketsizdir. Bu nedenle kaymadan dönerek öteleme hareketi yapan cisimlerde zemin ile tekerlek arasında 'statik sürtünme kuvveti' iş başındadır! Ancak karlı bir yolda frene sertçe bastınız, tekerlek kilitlendi ve araba yolda kaymaya başladıysa, işte o an araba ile yol arasında 'kinetik sürtünme kuvveti' devreye girmiş demektir.
Kısa Bir Özet ve Karşılaştırma
- Benzerlik: Her ikisi de yüzeylerin cinsiyle ve zeminin gösterdiği tepki kuvveti (Normal kuvvet, N) ile doğrudan ilişkilidir.
- Farklılık 1: Statik sürtünme duran cisimlere, kinetik sürtünme kayan cisimlere etki eder.
- Farklılık 2: Kinetik sürtünme hareket süresince sabittir, ancak statik sürtünme uygulanan kuvvete göre sıfır ile maksimum değeri arasında sürekli değişkenlik gösterir.
Harekete Karşı Duran Gizli Güç: Statik ve Kinetik Sürtünme: Alıştırma Soruları
1. Düz bir zeminde duran ağır bir koliyi itiyorsunuz ancak koli hareket etmiyor. Bu sırada koliye zemin tarafından hangi kuvvet uygulanmaktadır?
- A) Kinetik sürtünme kuvveti
- B) Statik sürtünme kuvveti
- C) Kaldırma kuvveti
- D) Hava sürtünmesi
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Statik sürtünme kuvveti
Duran ve harekete zorlanmasına rağmen kımıldamayan cisimlere etki eden sürtünme türü, statik sürtünme kuvvetidir.
2. Aynı yüzey üzerindeki bir cisim için, maksimum statik sürtünme kuvveti ile kinetik sürtünme kuvveti arasındaki büyüklük ilişkisi nasıldır?
- A) Kinetik sürtünme her zaman daha büyüktür.
- B) İkisi her durumda birbirine eşittir.
- C) Maksimum statik sürtünme her zaman daha büyüktür.
- D) Hangisinin büyük olduğu uygulanan kuvvete göre değişir.
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Maksimum statik sürtünme her zaman daha büyüktür.
Duran bir cismi ilk kez harekete geçirmek (statik limiti aşmak), onu hareket halindeyken (kinetik) itmeye devam etmekten daha zordur. Bu nedenle maksimum statik sürtünme daima kinetik sürtünmeden büyüktür.
3. Yatay bir düzlemde duran bir sandığın yüzeyle arasındaki maksimum statik sürtünme kuvveti 40 N'dur. Bu sandığı yatay doğrultuda 25 N'luk bir kuvvetle itersek, sandığa etki eden sürtünme kuvveti kaç N olur?
- A) 15 N
- B) 25 N
- C) 40 N
- D) 65 N
Cevabı göster
Doğru cevap: B) 25 N
Uygulanan kuvvet (25 N), maksimum statik sürtünme sınırından (40 N) küçük olduğu için cisim hareket etmez. Cisim durgunken statik sürtünme kuvveti daima uygulanan kuvvete eşittir, yani 25 N'dur.
4. Bir otomobil, ıslak ve buzlu olmayan bir asfalt yolda tekerlekleri hiç kaymadan, dönerek ilerlemektedir. Bu durumda otomobilin tekerlekleri ile asfalt arasında hangi tür sürtünme kuvveti etkilidir?
- A) Kinetik sürtünme
- B) Statik sürtünme
- C) Sıvı sürtünmesi
- D) Sürtünme etki etmez
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Statik sürtünme
Tekerlekler kaymadan dönerek öteleme yaparken, tekerleğin yere temas eden noktası anlık olarak yere göre hareketsizdir. Bu nedenle zemin ile o nokta arasında statik sürtünme kuvveti etkilidir.
5. Durgun haldeki bir cisme yatayda düzgün olarak artan bir kuvvet uygulanıyor ve cisim bir süre sonra kaymaya başlıyor. Kuvvet artırılmaya devam edilirse, cisme etki eden sürtünme kuvvetinin zamana bağlı değişimi nasıl olur?
- A) Sürekli uygulanan kuvvetle aynı oranda artar.
- B) Başından sonuna kadar hiç değişmeden sabit kalır.
- C) Önce sabit kalır, cisim hareket edince sıfıra düşer.
- D) Önce kuvvetle eşit artarak maksimuma ulaşır, cisim kaymaya başlayınca hafifçe azalıp sabit kalır.
Cevabı göster
Doğru cevap: D) Önce kuvvetle eşit artarak maksimuma ulaşır, cisim kaymaya başlayınca hafifçe azalıp sabit kalır.
Başlangıçta cisme uygulanan kuvvete eşit olarak artan statik sürtünme maksimum bir değere (tepe noktasına) ulaşır. Cisim kaymaya başladığında kinetik sürtünme devreye girer. Kinetik sürtünme maksimum statik sürtünmeden küçük olduğundan değer biraz azalır ve hareket boyunca sabit kalır.