Online Kolej
Kayıt Ol

11. Sınıf Fizik · Ünite 1

Sürtünme Kuvveti: Duran ve Hareket Eden Cisimlerin Direnci

Sürtünme kuvvetinin doğasını, statik ve kinetik sürtünme arasındaki farkları keşfedecek ve bu kuvvetlerin hareket üzerindeki etkisini matematiksel olarak modelleyeceğiz.

Kazanım FİZ.11.1.4 · 40 dk okuma

Dolabı İterken Neler Oluyor?

Odanızdaki ağır bir elbise dolabının yerini değiştirmek istediğinizi hayal edin. Dolabı itmeye başlarsınız ancak yerinden kıpırdamaz. Biraz daha kuvvet uygularsınız, yine hareket etmez. Bütün gücünüzle yüklendiğinizde ise dolap aniden kaymaya başlar. İşin ilginç yanı, dolap bir kez kaymaya başladıktan sonra onu hareket ettirmeye devam etmek, ilk baştaki o 'harekete geçirme' anından biraz daha kolay hissettirir. Peki, bu durumu yaratan gizli aktör kimdir? Karşınızda fiziğin en günlük hayatla iç içe olan kavramlarından biri: Sürtünme Kuvveti.

Sürtünme kuvveti, birbirine temas eden yüzeyler arasında, cisimlerin birbirine göre bağıl hareketini veya hareket etme eğilimini engelleyecek yönde ortaya çıkan bir kuvvettir. Temas eden yüzeylerin pürüzlülüğüne (cinsine) ve yüzeyleri birbirine bastıran dik kuvvete (normal kuvvet) bağlıdır.

İki Yüzü Olan Kuvvet: Statik ve Kinetik Sürtünme

Sürtünme kuvveti her zaman aynı karakterde davranmaz. Cismin durma veya kayma durumuna göre iki farklı kimliğe bürünür. Duran bir cismi harekete geçirmeye çalıştığınızda karşılaştığınız dirence 'Statik Sürtünme Kuvveti' diyoruz. Statik sürtünme çok özel bir kuvvettir çünkü akıllıdır! Siz cisme ne kadar kuvvet uygularsanız, o da harekete geçene kadar size tam olarak aynı büyüklükte ve zıt yönde bir kuvvetle cevap verir.

Maksimum statik sürtünme kuvvetinin matematiksel modeli şu şekildedir:

fs,max=μs⋅Nf_{s,max} = \mu_s \cdot N

Burada (\mu_s) statik sürtünme katsayısını, (N) ise yüzeyin cisme uyguladığı normal kuvveti temsil eder. Eğer uyguladığınız kuvvet bu maksimum değeri aşarsa cisim kaymaya başlar. Cisim kaymaya başladığı andan itibaren devreye giren kuvvete ise 'Kinetik Sürtünme Kuvveti' denir. Kinetik sürtünme, statik sürtünmenin aksine uygulanan kuvvete göre değişmez, sabittir.

fk=μk⋅Nf_k = \mu_k \cdot N

Burada da (\mu_k) kinetik sürtünme katsayısıdır. Genellikle statik sürtünme katsayısı, kinetik sürtünme katsayısından daha büyüktür. İşte dolabı hareket ettirmeye başladıktan sonra onu itmenin daha kolay olmasının sırrı budur!

Uygulanan Kuvvet ve Sürtünme Kuvveti Grafiği

Bir deney yaparak cisme uyguladığımız kuvveti yavaş yavaş artırdığımızı ve sürtünme kuvvetini ölçtüğümüzü düşünelim. Çıkan grafik tam olarak aşağıdaki gibi olacaktır:

Uygulanan Kuvvet (F)Sürtünme KuvvetiStatik Bölge (fs=F)Kinetik Bölge (fk)fs(max)fk

Grafikte gördüğünüz gibi, mavi renkli statik bölgede sürtünme kuvveti uygulanan kuvvetle beraber doğrusal olarak artıyor (eğim açısı 45 derecedir). Zirveye ulaştığı an fs(max) anıdır. Cisim harekete geçtiğinde ise grafik kırmızı renkli kinetik bölgeye geçiş yapar ve sürtünme kuvveti biraz azalarak sabit kalır.

Günlük Hayattan Çarpıcı Bir Örnek: ABS Fren Sistemi

Arabalar ani fren yaptığında tekerlekler kilitlenir ve araç yolda kaymaya başlar. Bu durumda yolla tekerlek arasında 'kinetik sürtünme' devreye girer. Ancak ABS (Kilitlenmeyi Önleyici Fren Sistemi), tekerleklerin kilitlenmesini saniyede defalarca kez engelleyerek tekerleğin dönmeye devam etmesini sağlar. Böylece tekerlek yolda kaymaz ve yüzey ile arasında sürekli 'statik sürtünme' oluşur. Statik sürtünme kuvveti, kinetik sürtünmeden büyük olduğu için araba çok daha kısa mesafede güvenle durabilir. Fizik bilmek bazen hayat kurtarır!

auto_awesome

Sürtünme Kuvveti: Duran ve Hareket Eden Cisimlerin Direnci: Alıştırma Soruları

  1. 1. Yatay ve sürtünmeli bir düzlemde durmakta olan bir koliye, harekete geçiremeyecek büyüklükte yatay bir kuvvet uyguluyorsunuz. Uyguladığınız kuvvetin büyüklüğünü biraz daha artırırsanız ancak koli yine de harekete geçmezse, koliye etki eden statik sürtünme kuvveti nasıl değişir?

    • A) Sabit kalır, çünkü cisim hareket etmiyor.
    • B) Uyguladığınız kuvvetle aynı miktarda artar.
    • C) Azalır, çünkü kopma noktasına yaklaşmaktadır.
    • D) Kinetik sürtünmeye dönüşür.
    Cevabı göster

    Doğru cevap: B) Uyguladığınız kuvvetle aynı miktarda artar.

    Statik sürtünme kuvveti akıllı bir kuvvettir ve cisim harekete geçene kadar daima uygulanan kuvvete eşittir. Uygulanan kuvvet artırıldığında, eğer cisim hala hareket etmiyorsa, statik sürtünme kuvveti de dengeyi sağlamak için artmış demektir.

  2. 2. Aynı yüzeyler arasında tanımlanan statik sürtünme katsayısı (ms) ve kinetik sürtünme katsayısı (mk) için genel olarak aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

    • A) Kinetik sürtünme katsayısı her zaman daha büyüktür.
    • B) Statik sürtünme katsayısı her zaman daha büyüktür.
    • C) Her iki katsayı daima birbirine eşittir.
    • D) Katsayıların büyüklüğü cismin kütlesine bağlı olarak değişir.
    Cevabı göster

    Doğru cevap: B) Statik sürtünme katsayısı her zaman daha büyüktür.

    Duran bir cismi harekete geçirmek, hareket halindeki bir cismin hareketini sürdürmekten daha zordur. Bu nedenle statik sürtünme katsayısı, kinetik sürtünme katsayısından genellikle daha büyüktür.

  3. 3. Yatay düzlemde durmakta olan 4 kg kütleli bir cisme yatay F kuvveti uygulanıyor. Cisim ile yüzey arasındaki statik sürtünme katsayısı 0,5 ve kinetik sürtünme katsayısı 0,4'tür. Cisme 15 N yatay kuvvet uygulandığında cisme etki eden sürtünme kuvveti kaç N olur? (g = 10 m/s^2)

    • A) 15
    • B) 16
    • C) 20
    • D) 25
    Cevabı göster

    Doğru cevap: A) 15

    Cismin ağırlığı W = m.g = 4.10 = 40 N. Yüzeyin tepkisi N = 40 N'dur. Maksimum statik sürtünme kuvveti fs(max) = ms.N = 0,5.40 = 20 N'dur. Uygulanan 15 N'luk kuvvet, 20 N'luk maksimum değeri aşamadığı için cisim hareket etmez. Cisim dengede olduğuna göre, statik sürtünme kuvveti tam olarak uygulanan kuvvete yani 15 N'a eşittir.

  4. 4. Yatay düzlemde durmakta olan 4 kg kütleli bir cisme yatay F kuvveti uygulanıyor. Cisim ile yüzey arasındaki statik sürtünme katsayısı 0,5 ve kinetik sürtünme katsayısı 0,4'tür. Cisme bu kez 25 N yatay kuvvet uygulanırsa cisme etki eden sürtünme kuvveti kaç N olur? (g = 10 m/s^2)

    • A) 15
    • B) 16
    • C) 20
    • D) 25
    Cevabı göster

    Doğru cevap: B) 16

    Maksimum statik sürtünme fs(max) = 0,5.40 = 20 N'dur. Uygulanan 25 N'luk kuvvet bu değeri aştığı için cisim kayarak harekete geçer. Artık cisme kinetik sürtünme etki edecektir. Kinetik sürtünme fk = mk.N = 0,4.40 = 16 N olarak hesaplanır.

  5. 5. Yatay zemindeki bir cisme ait Uygulanan Kuvvet - Sürtünme Kuvveti grafiği incelendiğinde, sürtünme kuvvetinin en yüksek değerinin 30 N olduğu, cisim harekete geçtikten sonra ise sürtünme kuvvetinin 24 N değerinde sabit kaldığı gözlemleniyor. Cismin kütlesi 5 kg olduğuna göre, sırasıyla statik sürtünme katsayısı (ms) ve kinetik sürtünme katsayısı (mk) nedir? (g = 10 m/s^2)

    • A) 0,6 ve 0,48
    • B) 0,5 ve 0,4
    • C) 0,6 ve 0,5
    • D) 0,48 ve 0,36
    Cevabı göster

    Doğru cevap: A) 0,6 ve 0,48

    Grafikteki maksimum değer maksimum statik sürtünmeyi (fs,max = 30 N), sabitlenen değer ise kinetik sürtünmeyi (fk = 24 N) verir. Cismin ağırlığı N = m.g = 5.10 = 50 N'dur. fs,max = ms.N denkleminden 30 = ms.50 -> ms = 0,6 bulunur. fk = mk.N denkleminden 24 = mk.50 -> mk = 0,48 bulunur.

1 soru daha seni bekliyor

Ücretsiz kaydol; Sürtünme Kuvveti: Duran ve Hareket Eden Cisimlerin Direnci testini puanlı çöz, XP kazan ve takıldığın yeri yapay zeka öğretmenine sor.

Ücretsiz Kaydol