Belgeci.com – Bilgi Paylaştıkça Çoğalır

Malzemelerin ve gazların sürtünme katsayıları nasıl tespit ediliyor? Sürtünme uzayda gerçekten de sıfır mı?

Sürtünme kuvveti bildiğimiz gibi, bir cisimle, içinde bulunduğu ortam veya üzerinde bulunduğu yüzey arasındaki, cismin hareketine karşı koyan bir kuvvet türü. Bunun için cismin hareket halinde olması gerekmiyor. Örneğin yatay bir düzlem üzerindeki, kütlesi m olan bir tuğlayı; üzerine sadece yatay bir F kuvveti uygulayarak ve bu kuvveti yavaş yavaş arttırarak; kaldırmaksızın kaydırarak hareket ettirmeye çalıştığımızı düşünelim. Tuğla başlangıçta, uygulanan kuvvet belli bir düzeye ulasana dek hareket etmez. Çünkü tuğlanın tabanı ile düzlem yüzeyi arasında, tuğlanın hareketine karşı koyan bir kuvvet oluşmuştur: Henüz hareket hali oluşmadığından, buna ‘durağan’ (veya ‘statik’) sürtünme denir. tuğlanın hareket etmeme nedeni tabii ki; o an uygulanmakta olan F kuvvetinin, statik sürtünme kuvveti Fs’den daha küçük olmasıdır.

Uyguladığımız kuvvet belli bir düzeye ulaştığında, yani F kuvveti Fs’yi aşar aşmaz, statik sürtünme yenilir ve tuğla harekete geçer. Burada kadar normal: Ancak tuğla harekete geçer geçmez, ivme de kazanır. Halbuki üzerindeki, az önceki ‘statik sürtünme kuvveti’ni ancak yenebilmiş olan kuvvet arttırılmamıştır. Bunun nedeni, yani tuğlanın üzerinde, uyguladığımız kuvvet yönünde net bir kuvvet oluşmuş olmasının nedeni; ‘statik’ sürtünme kuvvetinin (Fs) yenilmiş ve yerini ‘dinamik’ sürtünmenin (Fd) almış olmasıdır. Dinamik sürtünme kuvveti ise, statik sürtünmeye göre daha zayıf olduğundan: F=Fs>Fd. Dolayısıyla uygulanan F kuvveti, dinamik sürtünmeyi ‘yener’ de artar bile ve tuğla F – Fd = m.a ile ivmelenir. (‘Taş bir kere hareket ettikten sonra yuvarlaması kolaydır’ deyişi, aynen bu durumu anlatıyor.)

Şimdi hareket halindeki tuğlaya uyguladığımız F kuvvetini azaltmaya başlayalım: F=Fd olunca, tuğlanın ivmesi sıfırlanacak ve tuğla artık sabit bir hızla hareket ediyor olacaktır.

Demek ki statik ve dinamik sürtünme kuvvetlerini ölçmenin bir yolunu da bulmuş oluyoruz: Cismi ilk harekete geçiren kuvvet Fs, hareket halinde iken ivmesini sıfırlayan kuvvet de Fd oluyor. Yukarıdaki örneğimizde her iki kuvvet de kaynağının tuğlanın kütlesinden alıyor ve tuğla ne kadar ağır olursa o kadar büyük oluyorlar. Bu nedenle de bir katsayı aracılığıyla, tuğlanın kütlesiyle ilişkilendiriliyorlar. Örneğin Fs=Ks.(mg) veya Fd=Kd.(mg). Buradaki Ks ve Kd, statik ve dinamik sürtünme katsayılarını temsil ediyor olsun. Tabii ki, bu katsayıların büyüklükleri, temas halindeki iki yüzeyin mikrogeometrileri, yani mikroskobik girinti çıkıntı yapısı ve elektrokimyasal etkileşimlerine bağlı olarak değişiyor.

Katı cisimlerin sıvı veya gazlar içindeki sürtünmeleri ise; katı cisim yüzeyinin mikro ve diğer özelliklerine ilave olarak, toplam dış yüzey alanına ve bu alanın geometrik sekline de bağlı oluyor. Dolayısıyla, ilgi konusu olan tüm şekiller için ayrı ayrı ölçüm yapmak gerekiyor. (Örneğin uçak kanadı veya gövdesi; bir geminin su altı gövdesi ve denizaltı profili gibi.) Bu türden sürtünme ölçümlerini; cismi, durağan gaz veya sıvı içerisinde hareket ettirmek yerine, tam tersine; cismi sabit tutup, gaz veya sıvıyı üzerinden akıtarak yapmak çok daha kolay oluyor. Bu nedenle de ‘rüzgar tünelleri’ veya ‘akış kanalları’ kullanılıyor.

Sürtünme uzayın, ideal boşluk oluşturan kısımlarında gerçekten sıfır. (Mekanizmasını düşününce, aksi nasıl mümkün olsun ki?) Ancak; gaz veya toz bulutlarının, foton bombardımanlarının bulunduğu konumlarda öyle değil tabii: Bunlar hareket halindeki bir cisme karşı kuvvet uygulayan, dolayısıyla yoğunluklarına göre güçlü veya zayıf ‘sürtünme’ kuvvetleri yaratan unsurlar.