Statik ve Kinetik Sürtünme Kuvvetlerinin Karşılaştırılması, Sürtünme Kuvveti-Uygulanan Kuvvet Grafiği ve Günlük Hayattaki Etkileri (FİZ.11.1.6)

Örnekler

1. Örnek 1Yatay bir zeminde duran 5 kg kütleli bir kolinin zeminle arasındaki statik sürtünme katsayısı ks = 0,6 ve kinetik sürtünme katsayısı kk = 0,4'tür. Koliye yatay olarak sırasıyla a) 20 N, b) 30 N, c) 45 N kuvvet uygulanırsa sürtünme kuvveti ve ivme ne olur? (g = 10 m/s²)

   Cevabı göster

   Yüzeyin tepki kuvveti N = m·g = 5·10 = 50 N'dur. Maksimum statik sürtünme fs,max = ks·N = 0,6·50 = 30 N; kinetik sürtünme fk = kk·N = 0,4·50 = 20 N'dur. a) F = 20 N < 30 N olduğundan koli harekete geçmez (a = 0) ve statik sürtünme kuvveti fs = 20 N olur. b) F = 30 N = fs,max olduğundan koli hareket sınırındadır, ivmesi a = 0 ve sürtünme kuvveti fs,max = 30 N'dur. c) F = 45 N > 30 N olduğundan koli harekete geçer, devreye kinetik sürtünme fk = 20 N girer; F_net = 45 - 20 = 25 N ve a = 25 / 5 = 5 m/s² olur.

2. Örnek 2Ağır bir buzdolabını itmeye başladığımızda onu ilk anda harekete geçirmenin, harekete geçtikten sonra itmeye devam etmekten daha zor olmasının fiziksel nedenini açıklayınız.

   Cevabı göster

   Buzdolabı durgunken yüzey pürüzleri birbirine tam kenetlenmiştir ve onu harekete geçirmek için maksimum statik sürtünme kuvvetini (fs,max) yenmek gerekir. Buzdolabı kaymaya başladığında ise pürüzler tam kenetlenemez ve devreye fs,max değerinden daha küçük olan kinetik sürtünme kuvveti (fk) girer.

3. Örnek 3Sürtünme kuvvetinin uygulanan kuvvete bağlı değişim (f_sürtünme - F) grafiğinde statik bölgedeki doğrunun yatay eksenle yaptığı açı neden yüzeyin cinsine bağlı olmaksızın 45°'dir?

   Cevabı göster

   Statik bölgede cisim durgun olduğu için net kuvvet sıfırdır ve statik sürtünme kuvveti uygulanan kuvvete birebir eşittir (fs = F). Yatay ve düşey eksen ölçekleri aynı olduğunda her F değerine eşit bir fs karşılık geldiği için eğim fs / F = 1 yani tan(45°) = 1 olur.

4. Örnek 4Statik ve kinetik sürtünme kuvvetlerinin ortak özelliklerinden (benzerliklerinden) üç tanesini yazınız.

   Cevabı göster

   1) Her ikisi de temas gerektiren kuvvetlerdir. 2) Her ikisi de sürtünen yüzeylerin cinsine ve yüzeyin dik tepki kuvvetine (N) bağlıdır. 3) Her ikisi de sürtünen yüzeylerin temas alanının büyüklüğünden bağımsızdır.

5. Örnek 5Otomobillerde kullanılan ABS (kilitlenmeyi önleyici) fren sisteminin çalışma prensibini statik ve kinetik sürtünme kavramlarıyla açıklayınız.

   Cevabı göster

   Ani frende tekerlekler kilitlenip asfalt üzerinde kayarsa daha küçük olan kinetik sürtünme kuvveti etkili olur ve araç geç durur. ABS sistemi fren basıncını saniyede birçok kez ayarlayarak tekerleğin kilitlenmeden dönmesini sağlar; böylece daha büyük olan maksimum statik sürtünme kuvvetinden yararlanılarak fren mesafesi kısaltılır ve direksiyon hâkimiyeti korunur.

6. Örnek 6Yatay düzlemde 8 kg kütleli bir cisme ait sürtünme kuvveti-uygulanan kuvvet grafiğinde tepe noktası 40 N, yatay sabit kısım ise 24 N olarak okunmaktadır. Buna göre ks ve kk katsayılarını hesaplayınız. (g = 10 m/s²)

   Cevabı göster

   Yatay düzlemde dik tepki kuvveti N = m·g = 8·10 = 80 N'dur. Grafikteki tepe noktası fs,max = 40 N olduğundan ks = fs,max / N = 40 / 80 = 0,5 bulunur. Yatay sabit kısım fk = 24 N olduğundan kk = fk / N = 24 / 80 = 0,3 bulunur.

Soruları çözün; her cevaptan sonra doğru mu yanlış mı olduğunu hemen göreceksiniz.

1. 1Yatay bir düzlemde durmakta olan 4 kg kütleli bir sandık ile zemin arasındaki statik sürtünme katsayısı ks = 0,5 ve kinetik sürtünme katsayısı kk = 0,3'tür. Duran bu sandığa yatay doğrultuda 15 N büyüklüğünde bir kuvvet uygulandığında sandığa etki eden sürtünme kuvvetinin büyüklüğü kaç N olur? (g = 10 m/s²)

   A12B15C20D27E35

2. 2Bir cisme etki eden statik ve kinetik sürtünme kuvvetleri karşılaştırıldığında aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?

   AAynı yüzey çifti için statik sürtünme katsayısı kinetik sürtünme katsayısından büyüktür.BHer iki sürtünme kuvveti de yüzeyin dik tepki kuvveti (N) ile doğru orantılıdır.CCisim durgunken uygulanan kuvvet sıfırdan fs,max değerine kadar artırıldıkça statik sürtünme kuvveti sabit kalır.DKinetik sürtünme kuvveti, kaymakta olan cismin bağıl hareket yönüne zıt yöndedir.EHer iki sürtünme kuvveti de temas yüzey alanının büyüklüğünden bağımsızdır.

3. 3Yatay düzlemde duran 6 kg kütleli bir cisme ait sürtünme kuvveti - uygulanan kuvvet grafiğinde maksimum statik sürtünme kuvveti 36 N, kinetik sürtünme kuvveti ise 24 N olarak verilmiştir. Bu cisme yatay 42 N kuvvet uygulanırsa cismin kazanacağı ivme kaç m/s² olur? (g = 10 m/s²)

   A1B2C3D4E7

4. 4Günlük hayatta karşılaşılan aşağıdaki durumlardan hangisinde sürtünme kuvvetinin artırılması yerine azaltılması amaçlanmaktadır?

   AKış aylarında otomobil lastiklerine zincir takılmasıBBuzlu kaldırımlara tuz ve kum serpilmesiCHaltercilerin ağırlık kaldırmadan önce ellerine magnezyum tozu sürmesiDKaleci eldivenlerinin iç yüzeyinin pürüzlü kauçukla kaplanmasıEBisiklet zincirlerinin ve makine dişlilerinin madeni yağ ile yağlanması

5. 5Aşağıdaki ifadelerin doğru (D) ya da yanlış (Y) olduğunu belirleyiniz.

   • Aynı yüzeyde bulunan bir cisim için maksimum statik sürtünme kuvveti kinetik sürtünme kuvvetinden büyüktür.DoğruYanlış
   • Tuğla yatay zemine geniş yüzeyi yerine dik (dar) yüzeyi üzerine konulursa sürtünme kuvveti yarıya düşer.DoğruYanlış
   • Sürtünme kuvveti - uygulanan kuvvet grafiğinin statik bölgesinde doğrunun eğimi 1'dir.DoğruYanlış
   • Statik ve kinetik sürtünme katsayılarının SI birim sistemindeki birimi Newton/metre'dir.DoğruYanlış
   • Kaymadan yürüyen bir insanın ayakkabı tabanına zemin tarafından uygulanan statik sürtünme kuvveti yürüyüş yönündedir.DoğruYanlış

6. 6Aşağıdaki fiziksel kavramları uygun açıklamalarla eşleştiriniz.

   Soldan bir öğeye, sonra sağdaki eşine dokunun.

   Statik Sürtünme Kuvveti (fs)Maksimum Statik Sürtünme (fs,max)Kinetik Sürtünme Kuvveti (fk)Normal Kuvvet (N)ABS Fren Sistemi

   Temas yüzeyinin cisme dik doğrultuda uyguladığı tepki kuvvetiDuran bir cismi harekete geçirmeye çalışan kuvvete karşı koyan ve eşik değere kadar değişken olan kuvvetTekerleğin kilitlenip kaymasını önleyerek aracı maksimum statik sürtünme sınırında tutan güvenlik sistemiDuran cismin harekete geçme sınırındaki en büyük sürtünme değeri (ks · N)Yüzey üzerinde kayarak hareket eden cisme hareket yönüne zıt etki eden sabit büyüklükteki kuvvet (kk · N)

7. 7Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerleri uygun kavramlarla tamamlayınız.

   kinetikalanınınuygulananısıeylemsizlikivmelisabit
   1. Duran bir cisme fs,max değerinden daha küçük bir yatay F kuvveti uygulandığında sürtünme kuvvetinin büyüklüğü kuvvetine eşit olur.
   2. Hareket halindeki bir cisme etki eden sürtünme kuvvetine sürtünme kuvveti adı verilir.
   3. Sürtünme kuvvetinin büyüklüğü, sürtünen yüzeylerin temas büyüklüğüne bağlı değildir.
   4. Mekanik sistemlerde sürtünme kuvveti, hareket enerjisinin bir kısmının enerjisine dönüşmesine neden olur.
   5. Kaymakta olan bir cisme uygulanan kuvvet tam olarak kinetik sürtünme kuvvetine eşitlenirse cisim hızla hareketini sürdürür.
   Kontrol et

8. 8Statik ve kinetik sürtünme kuvvetlerini tanımlayarak aralarındaki benzerlik ve farklılıkları, grafik üzerindeki değişimi ve günlük hayattaki etkilerini bütüncül olarak açıklayınız.

   1. ipucunu göster