A súrlódás és közegellenállás

Készítette:

Kiss István

A súrlódás oka

• A sima felületeken is vannak egyenetlenségek.
• Az egyenetlenségek miatt az érintkező felületeken súrlódási erő keletkezik.
• A súrlódási erő mindig akadályozza a mozgást.

Erre mozog

F_súrlódási

Mitől függ a súrlódás?

• Felület érdességétől
• Az érdességre jellemző: súrlódási együttható: μ (mű)
• A felületeket összepréselő erők nagyságától

Nem függ:

• Az érintkező felületek nagyságától!

​

​

A súrlódás csökkentése

• Kenéssel, olajozással lehetséges.
• Kenőanyagok: olaj, zsír, stb. (általában csúszós anyagok)

Csúszási súrlódás

• Az egymáson elmozduló testek sebességét csökkenti.
• Súrlódási erő: két érintkező felület között keletkezik, és mindig a mozgás irányával ellentétesen hat, fékezi a mozgást.
• jele: F_súrl
• számítása: súrlódási együttható ٠ nyomóerő
• F_súrl= μ ٠ F_ny
• Ezt csúszási súrlódási erőtörvénynek nevezzük

Tapadási súrlódás

• Nyugalomban lévő testekre hat. Ezért nem mozdulnak el semerre sem a testek.
• A tapadási súrlódási erő mindig azonos nagyságú és ellentétes irányú azzal az erővel, amellyel el akarjuk mozdítani a testet.
• a tapadási súrlódási együttható mindaddig nagyobb a csúszási súrlódási együtthatónál ( μ₀ > μ ), amig a test el nem mozdul. Utána megszűnik, és helyébe a súrlódási együttható lép.

A súrlódás előnyei, hátrányai

Hasznos:

• Fékezéskor
• Járáskor
• Kötélmászáskor
• Öltözködésnél; Stb.

​

Káros:

• Kopás

​

Gördülési ellenállás

• A felületek elgördülnek egymáson.
• Kisebb a súrlódó felület.
• Kisebb a gördülési súrlódási erő.
• F_görd = μ_görd⋅ F_ny

Közegellenállás

• A közeg olyan hatást fejt ki, amely csökkenti a benne mozgó test sebességét.
• A közeg által kifejtett erő a közegellenállási erő.

film

Mitől függ a közegellenállási erő?

• a test és a közeg egymáshoz viszonyított (relatív) sebességének négyzetétől, F_kö∼ v²,
• a közeg sűrűségétől, F_kö ∼ ջ,
• a test homlokfelületétől (a test mozgására merőleges legnagyobb keresztmetszet), F_kö ∼ A
• a test alakjától, F_kö ∼ c₁

c₁ közegellenállási tényező

Négyzetes közegellenállási erőtörvény

Magyarázd meg!

• Jó-e, vagy rossz a súrlódás?

Magyarázd meg!

• Jó-e, vagy rossz?

Hol könnyebb a vízibalettozni?

1. Amikor egy szánkót a havon húznak, 0,02 a csúszási súrlódási együttható. Mekkora erővel lehet ezt a szánkót egyenletesen húzni, ha tömege a rajta ülő gyerek tömegével együtt 75 kg?

μ = 0,02

m = 75 kg

F_ny= 75 kg٠ 10 m/s²= 750 N

F_súrl= ? .

�F_súrl= μ ٠ F_ny= 0,02 ٠ 750 N = 15 N

2. Mekkora a csúszási súrlódási együttható, ha egy 400 kg tömegű ládát 1000 N nagyságú erővel lehet vízszintes talajon egyenletesen tolni?

m = 400 kg

F_ny= 400 kg ٠ 10 m/s²= 4000 N

F = 1000 N = F_s

μ = ? .�F_s = μ ٠ F_ny

6. Mekkora a közegellenállási erő egy autónál, ha az 10 m/s sebességgel halad, az autó közegellenállási tényezője 0,3, homlokfelülete 1 m² és a levegő sűrűsége 1,29 kg/m³?

v = 10 m/s

c₁= 0,3

A = 1 m²

ջ = 1,29 kg/m³

F_köz= ? .

7. Mekkora sebességgel süllyed kinyitott ernyővel az az ejtőernyős, akinek tömege – a felszereléssel együtt – 80 kg, ha a közegellenállási tényező 1,2, a homlokfelület 25 m² és a levegő sűrűsége 1,29 kg/m³ ?

m = 80 kg => F_grav= 800 N => F_köz= 800 N

c₁= 1,2

A = 25 m²

ջ = 1,29 kg/m³

v = ? .

Ellenőrizd tudásod!

1.Milyen körülmények között jön létre csúszási súrlódás, mi ennek a következménye?

2.Mi a magyarázata a csúszási súrlódás létrejöttének?

3.Hasonlíts össze nagyság és irány szerint egy testet egyenletesen húzó erőt és a csúszási súrlódási erőt!

4.Hogyan mérhető meg a csúszási súrlódási erő?

5.Mitől függ a súrlódási erő nagysága?

6.Milyen irányú a súrlódási erő csúszás közben?

7.Hogyan csökkenthető a súrlódási erő?

8.Milyen körülmények között jön létre tapadási súrlódás?

9.Mit tudsz a tapadási súrlódási erő nagyságáról és irányáról?

10.Sorold fel, milyen típusú súrlódásokat ismersz!

11.Milyen hatás a közegellenállás?

12.Mitől függ a közegellenállási erő nagysága?

Gondolkozz és válaszolj!

1.A gyakorlatban milyen jelenségeknél tapasztalod a súrlódás előnyét, illetve hátrányát?

2.Mondj példát a súrlódási erő növelésére, illetve csökkentésére!

3.Miért használunk télen a jeges, havas utakon az autók kerekén hóláncot?

4.Miért eltérő mozgással esik le a fáról az alma és a levél?

5.Miért hajlik a kerékpáros a kormány fölé erős ellenszélben?

6.Hogyan csökkentik az autók tervezői a közegellenállási erőt?

7.Miért nehezebb vízben futni, mint a parton?

8.Milyen erők hatnak a kinyitott ejtőernyővel már egyenletesen mozogva ereszkedő ejtőernyősre? Mit tudsz ezeknek az erőknek a nagyságáról és irányáról?

9.Sorolj fel olyan sportágakat, ahol különösen fontos a közegellenállás csökkentése, illetve növelése!

10.Miért káros a környezetre a gumikerekek és a fékbetétek súrlódása?

11.Miért fontos a környezetvédelem szempontjából a járművek formatervezése?

A leckéhez kitűzött feladatok

1. Amikor egy szánkót a havon húznak, 0,02 a csúszási súrlódási együttható. Mekkora erővel lehet ezt a szánkót egyenletesen húzni, ha tömege a rajta ülő gyerek tömegével együtt 75 kg? Mekkora súrlódási erő fékezi ezt a szánkót az előbbinél nagyobb sebességű mozgása közben?

2. Mekkora a csúszási súrlódási együttható, ha egy 400 kg tömegű ládát 1000 N nagyságú erővel lehet vízszintes talajon egyenletesen tolni?

3. Egy 6 tonna tömegű teherautó 72 km/h sebességgel halad. Hirtelen erősen fékez, és ezért megcsúsznak a megállított kerekei. Mekkora a fékútja, ha a csúszási súrlódási együttható 0,4? Az autó blokkolás nélküli fékútja 40 m. Mennyi a tapadási súrlódási együttható?

4. Egy 50 kg tömegű ládát 100 N nagyságú erővel húzunk a padlón, de az nem mozdul. Mekkora a tapadási súrlódási erő? Ezt a ládát 200 N nagyságú erőhatás mozdítja meg. Mekkora a tapadási súrlódási együttható?

5. Két 0,4 kg tömegű fahasábot egy 60 N/m rugóállandójú rugó végeire erősítettek. Legalább mennyivel kell megnyújtani a rugót, hogy a hasábok elkezdjenek csúszni egymás felé, ha a tapadási súrlódási együttható 0,4 és a csúszási súrlódási együttható 0,3? Mekkora kezdeti gyorsulással indulnak egymás felé a hasábok, ha a rugót 4 cm-rel nyújtották meg?

6. Mekkora a közegellenállási erő egy autónál, ha az 10 m/s sebességgel halad, az autó közegellenállási tényezője 0,3, homlokfelülete 1 m² és a levegő sűrűsége 1,29 kg/m³? Mekkora a közegellenállási erő, ha az autó 72 km/h illetve 130 km/h sebességgel halad?

7. Mekkora sebességgel süllyed kinyitott ernyővel az az ejtőernyős, akinek tömege – a felszereléssel együtt – 80 kg, ha a közegellenállási tényező 1,2, a homlokfelület 25 m2 és a levegő sűrűsége 1,29 kg/m³ ?