İSTEMBİL

6.1 Sürtünme Kuvveti

Bir önceki bölümde sürtünmenin olmadığı durumlara baktık. Günlük yaşamda ise sürtünmeyi ihmal etmek pek de mümkün değildir. Şimdi dilerseniz önce sürtünme kuvvetinden bahsedelim, sürtünmeli durumlarda ne yapmalıyız onu görelim.

Sürtünme kuvveti iki cismin temas eden yüzeylerinin pürüzlü doğasından kaynaklanır. Bu durum Şekil 6.1'de (biraz abartılı olarak) masa üzerinde duran mavi blok ile masa yüzeyleri büyütülerek gösterilmiştir. Cisimlerin temas eden yüzeyleri birbirlerine göre (bağıl) hareket ettiğinde yada hareket ettirilmeye çalışıldığında sürtünme kuvveti olacaktır. Sürtünme Kuvveti her zaman cisimlerin bağıl hareketine ters yönde olacaktır. Şekildeki $\vec{F}_A$ kuvveti uygulandığında, cismi sağa doğru hareket ettireceği/ettirmeye çalışacağı için sürtünme kuvveti, $\vec{F}_{sür}$ ona ters yönde olacaktır.

Şimdi sürtünme kuvvetini anlayabilmek için basit bir düşünce deneyi yapalım. Tekrar Şekil 6.1'de gösterilen masa üzerindeki bloğu düşünelim. Öylece kendi halinde dururken, yani $\vec{F}_A$ sıfır iken, bloğa bir sürtünme kuvveti etki eder mi? Newton'un ikinci yasası bize, cisim duruyorsa, yani ivmesi sıfır ise cisme etki eden sürtünme kuvvetinin de sıfır olması gerektiğini söyler. Şimdi yavaş yavaş $F_A$ kuvvetini şekildeki yönde arttırdığımızı varsayalım. Cisim uyguladığımız çok küçük kuvvetler için hareket etmeyecektir. Bu sürtünme kuvvetinin bizim uyguladığımız kuvveti götürdüğü manasına gelmektedir (Hepimiz bu durumu günlük yaşamda da deneyimleyebiliriz. Örneğin bir kanepeyi hafif bir kuvvetle ittiğimizde hareket etmeyecektir). Biz $F_A$'yı büyüttükçe, $F_{sür}$ kuvveti de zıt yönde büyüyecekti ve cisim hareketsiz kalacaktır. Bu durum belirli bir eşiğe ($F_A$ değerine) ulaşana kadar devam edecektir. Bu eşik aşıldıktan sonra, artık sürtünme kuvveti cismi hareketsiz tutmaya yetmeyecektir. İşte cismi üzerinde bulunduğu yüzeye göre sabit (durağan) tutan sürtünme kuvvetine Statik Sürtünme Kuvveti denir. Buradan da anlayacağımız üzere, statik sürtünme kuvveti sabit değildir. Hiç bir yatay kuvvet uygulanmaz iken sıfırken, uygulanan kuvvetle beraber belirli bir değere kadar artabilir. Cisim yüzey üzerinde kaymaya başladığı andan itibaren ise cisme Kinetik Sürtünme Kuvvetinin etki ettiği söylenir. Kinetik sürtünme kuvveti ise sabittir.

Sürtünme Kuvveti Nelere Bağlıdır?

Sürtünme kuvveti iki yüzeyin cinsine bağlıdır. Örneğin iki aliminyum yüzey birbirleri üzerinde rahatça kayabilmekte iken, iki lastik yüzey birbirlerine güçlüce tutunabilirler. Yolların asfalt yapılması ve araba tekelerinde lastik kullanılması tutunmayı yani sürtünmeyi arttırmak içindir.

Sürtünme kuvveti normal kuvvete de bağlıdır. Bunu anlamak için yine masanın üzerinde duran bir cismi düşünelim. Bu bir kitap olabilir. İlk başta yine durgun olsun. Şimdi kitabın üzerine bir arkadaşınız aşağı doğru iterken, hareket ettirmeyi deneyin. Sizinde göreceğiniz üzere, arkadaşınız kuvvet uygulamaz iken cismi harekete geçirmek daha kolay olacaktır. Arkadaşınız üzerine bastırır iken aslında arkadaşınız cismin üzerindeki normal kuvveti arttırmaktadır. Yüzey cisme yukarı doğru normal kuvveti uygular iken, cisim de yüzeye aynı kuvveti aşağı dogru uygular. Yani bu kuvvetler etki tepki kuvvetleridir. Bu kuvvetler ne kadar büyük ise, iki yüzeyin pürüzleri (Şekil 6.1'de büyütülen kısım) daha fazla birbirine geçecek ve daha güçlü birbirlerini tutacaklardır. Yani normal kuvvet ne kadar fazla ise, sürtünme kuvveti o kadar büyük olacaktır.

Yapılan deneysel çalışmalar kinetik ve statik sürtünme kuvvetleri için aşağıdaki bağıntıları bulunmuştur;

Kinetik sürtünme kuvveti:

$$F_{sür}^k = \mu_k F_N \hspace2em \tag{6.1}$$

Statik sürtünme kuvveti:

$$F_{sür}^s \le \mu_s F_N \hspace2em \tag{6.2} $$

Burada $\mu_k$ ve $\mu_s$ iki yüzey kombinasyonu için kinetik ve statik sürtünme katsayılarıdır. Sürtünme katsayıları birimsizdir ve genelde 0 ile 1 arasında bir değer alır. Statik sürtünme katsayısı genelde kinetik sürtünme katsayısından büyüktür. Denk. 6.2'ile statik sürtünme kuvvetinin yalnızca alabileceği maksimum değeri hesaplayabiliriz. Statik sürtünme kuvveti 0 ile bu maksimum değer arasında bir değeri alabilir.