Hõõrdejõud
Hõõrdejõud
Seisu- ja liugehõõrdumine
Hõõrdejõud mõjub liikuvatele ja seisvatele kehadele.
Oletame, et inimene suudab lükata jõuga 500 N, ja oletame, et ta lükkab veoautot massiga 5000 kg. Selline jõud peaks veokile andma kiirenduse 0,1 m/s2 ning 10 sekundiga läbiks see 5 m ja saavutaks kiiruse 5 m/s. Ometi ei jaksa ükski inimene viietonnist autot paigalt lükata. Miks?
Siin tuleb mängu uus jõuliik hõõrdejõud. Hõõrdejõud on väga oluline, kuna mõjub maapealsetes tingimustes kõikidele liikuvatele kehadele. Iga liikuv keha jääb hõõrdejõu tõttu lõpuks seisma, kui mingi muu jõud hõõrdejõude ei kompenseeri. Hõõrdejõu vähendamise vajadusega on kokku puutunud kõik suusatajad, seevastu teemeistrid näevad vaeva, et talvistel teedel hõõrdumist suurendada. Hõõrdejõuga seonduva tundmine on eluliselt tähtis.
Hõõrdejõud mõjub mitte ainult liikuvatele, vaid ka paigalseisvatele kehadele. Näiteks püsib veeklaas käes ja nael seinas just tänu hõõrdejõule.
Hõõrdejõud tekib alati kehade vahetul kokkupuutel, mõjub piki kokkupuutepinda ja on suunatud vastassuunas liikumisele.
Hõõrdejõuks nimetatakse jõudu, mis takistab keha liikumist või liikumahakkamist. Et jõud takistab liikumist, nimetatakse seda vahel ka takistusjõuks. Hõõrdejõud tekib alati kehade vahetul kokkupuutel, mõjub piki kokkupuutepinda ja on suunatud vastassuunas liikumisele. Seejuures on olemas mitmesuguseid võimalusi.
Seisuhõõrdumine esineb ka liikuvatel kehadel, näiteks rihma ja ratta vahel, mis masinaid ringi ajavad.
Näiteks on olemas võimalus, et mingi jõud püüab keha liikuma panna, kuid hõõrdumise tõttu jääb keha paigale. Nähtust, kus hõõrdejõu tõttu püsib keha paigal, nimetatakse seisuhõõrdumiseks. Seisuhõõrdejõud on alati suuruselt võrdne ja vastassuunaline jõuga, mis püüab keha liikuma panna.
Kui inimene kõnnib, siis on edasiviivaks jõuks hõõrdejõud. Et tald teekatte suhtes ei liigu, on siin tegemist just seisuhõõrdumisega. Ka see jõud, mis annab rihmülekande korral liikumise ühelt rattalt teisele üle, on seisuhõõrdejõud rihmarataste ja rihma vahel.
On ka võimalik olukord, kus keha liigub ning libiseb mööda teise keha pinda. Nähtust, kus hõõrdumine takistab mööda teise keha pinda libiseva keha liikumist, nimetatakse liugehõõrdumiseks. Liugehõõrdumise korral on hõõrdejõud suunatud alati liikumisele vastassuunas.
Liugehõõrdumise korral on hõõrdejõud suunatud liikumisele vastassuunas
Jõu suurus sõltub kokkupuutuvate pindade omadustest ning pindu kokku suruva jõu suurusest. Vastu mingit pinda surumisel mõjub kehale rõhumisjõuga võrdne vastassuunaline toereaktsioon N. Katsed näitavad, et liugehõõrdejõud on võrdeline kehale mõjuva toereaktsiooniga:
1.25 Hõõrdejõu valem
Võrdetegurit μ (kreeka täht müü) selles valemis nimetatakse hõõrdeteguriks. Sageli, kui keha libiseb mööda horisontaalset pinda, on toereaktsioon arvuliselt võrdne kehale mõjuva raskusjõuga ja sel juhul
1.26 Hõõrdejõud libisemisel mööda horisontaalset pinda
Hõõrdetegur
Avaldame hõõrdejõu valemist (1.25) hõõrdeteguri:
1.27 Hõõrdeteguri definitsioonivalem
Näeme, et hõõrdetegur on võrdne hõõrdejõu ja toereaktsiooni jagatisega.
Hõõrdeteguri mõõtmine lennujaamas maandumisrajal.
Hõõrdetegur ei iseloomusta mitte keha, millele hõõrdejõud mõjub, vaid libisevaid pindu. See sõltub kokkupuutuvate kehade materjalist, pindade töötlusest ja puhtusest. Samas ei sõltu hõõrdetegur kokkupuutepinna suurusest ega libisemise kiirusest, kui surve ja kiirus pole väga suured.
Hõõrdeteguri suurust saab määrata katseliselt. Siledate pindade vahelised hõõrdetegurid mõnede materjalide jaoks on esitatud järgnevas tabelis.
Erinevate materjalide hõõrdetegureid: tabel
Hõõrdejõu muutmine
Hõõrdejõud võib olla nii kasulik kui ka kahjulik. Kui on vaja keha paigal hoida või pidurdada, peab hõõrdejõud olema võimalikult suur. Liikumist segavat hõõrdumist tuleb aga vähendada.
Et osata hõõrdumist muuta, on vaja teada, miks hõõrdumine üldse tekib. Hõõrdumisel on kaks peamist põhjust.
Hõõrdumist põhjustavad pinnakonarused.
Esiteks põhjustab hõõrdumist pindade ebatasasus. Pinnakonarused jäävad üksteise taha kinni ja takistavad libisemist.
Teiseks põhjuseks on aineosakeste vahelised tõmbejõud. Väga siledad pinnad pääsevad teineteisele sedavõrd lähedale, et molekulidevahelised jõud kasvavad märgatavaks. Nii kleepuvad kokku kaks siledat plii- või klaasplaati.
Hõõrdumist vähendatakse määrimisega.
Hõõrdejõu vähendamiseks kasutatakse määrimist. Määre tungib kokkupuutuvate pindade vahele ja surub need teineteisest eemale. Pinnakonarused ja molekulide tõmbejõud siis enam nii tugevasti mõjule ei pääse. Määrdena kasutatakse tavaliselt õlisid. Õlikihtide omavaheline liikumine tekitab küll teatavat takistust, kuid see on tavalisest hõõrdumisest tunduvalt väiksem.
Hõõrdumist saab suurendada pindade karestamise abil. Et tagada ohutu liiklemine, pinnatakse maanteed peene killustikuga ja liikluseeskiri nõuab piisavalt sügava mustriga autokummide kasutamist.
Suurema hõõrdumise saavutamiseks kasutatakse ka spetsiaalseid materjale, mis tagavad suurema hõõrdeteguri. Nii valmistatakse autode piduriklotsid vähekuluvast kuumakindlast ainest, mille hõõrdetegur kokkupuutel terasega ulatub väärtuseni 0,7.
Kokkuvõte
Hõõrdejõud
Hõõrdejõuks nimetatakse jõudu, mis takistab keha liikumist või liikumahakkamist.
Hõõrdetegur
Liugehõõrdejõud on võrdeline kehale mõjuva toereaktsiooniga, vastavat võrdetegurit nimetatakse hõõrdeteguriks.
Seisuhõõrdumine
Nähtust, kus hõõrdejõu tõttu püsib keha paigal, nimetatakse seisuhõõrdumiseks. Seisuhõõrdejõud on alati suuruselt võrdne ja vastassuunaline jõuga, mis püüab keha liikuma panna.
Liugehõõrdumine
Nähtust, kus hõõrdumine takistab mööda teise keha pinda libiseva keha liikumist, nimetatakse liugehõõrdumiseks. Liugehõõrdumise korral on hõõrdejõud suunatud alati liikumisele vastassuunas.
Kontrollküsimused
Fantaseeri teemal: Mis juhtuks, kui maailmast kaoks hõõrdumine.
Ema veab kelku horisontaalsel pinnal ühtlase kiirusega nii, et kelgu nöör moodustab maapinnaga nurga 60°. Kelgul istub laps, kelle mass on 20 kg. Kui suure jõuga peab kelku tõmbama, kui hõõrdetegur on 0,1?
Jääl libisev 156 g massiga jäätükk pidurdub kiirendusega –0,3 m/s2. Arvuta hõõrdetegur.