Enerji ve Sürtünme Kuvveti
Hareket eden bir cisim kuvvetler etkisiyle yavaşlar ya da durabilir. Cisimlerin hareketini azaltan bu kuvvetlerden biri, cisimleri her zaman Dünya’nın merkezine çeken yer çekimi, diğeri de sürtünme kuvvetidir. Sürtünme kuvveti birbirine temas eden iki maddenin harekete karşı gösterdiği dirençten doğan kuvvettir.
Bir bisiklet kullandığımızı düşünelim. Bu bisikleti durdurmak istediğimizde direksiyon kolundaki bir çeşit kaldıraç olan fren kolunu sıkarız. Bunun sonucunda tekerlek her iki yandaki fren lastiklerine sürtünür. Bisiklet önce yavaşlar, sonra da durur.
Arabalarda da yavaşlamak ya da durmak için bisikletlerde olduğu gibi sürtünmeden yararlanılır. Tekerlek, bisikletlerde fren lastiğine, arabalarda ise fren balatasına sürtünerek sürtünme kuvveti denilen bir kuvvetin oluşmasına sebep olur.
Bundan 200 bin yıl önce insanoğlu doğayı anlamakla kalmamış onu kontrol etmeye başlamıştır. Tahtaları ve çakmak taşlarını birbirine sürterek ateş yakmış, buzun kayganlığından yararlanarak kızaklarla seyahat etmişlerdi. Günümüzden 4000 yıl kadar önce ise cisimleri yağlamayı akıl ederek sürtünmeyi azaltmaya çalışmışlardı.
Peki, sürtünme kuvveti, hareketi her zaman engeller mi?, Atlet koşuya daha hızlı başlayabilmek için bir hızlanma bloğu kullanıyor. Yürüdüğümüzde ya da koştuğumuzda ayaklarımızla yer arasında bir sürtünme kuvveti oluşur. Oluşan bu sürtünme kuvveti bizim ileri doğru hareket etmemizi sağlar.
*Meteorlar atmosfere içinde hareket ederken atmosfer ile aralarındaki sürtünme nedeni ile ısı enerjisi oluşur. Bu ısı meteorun yanmasına ve küçülmesine sebep olur.
*Sürtünme makine parçalarında ısı ve enerji kaybına yol açarken , vida ile bir cismi sabitlemek için ise gereklidir.
Hiç buzda yürüdünüz mü ya da eliniz yağlıyken bir kavanoz kapağını açmaya çalıştınız mı? Günlük hayatımızdaki birçok hareketin sürtünme kuvveti sayesinde gerçekleştiğini fark ettiniz mi?
Günlük işlerimizde birçok makine kullanırız. Bu makineler iş yaparken enerji harcar. Örneğin, otomobil benzinle, buzdolabı elektrik enerjisiyle çalışır. Fakat bir makine, kullandığı enerjinin hepsini işe çevirmez, bir kısmını boşa harcar. Sizce, makinelerdeki enerji kaybının sebepleri nelerdir? Avuç içlerinizi birbirine hızla sürttüğünüzde hissettiğiniz sıcaklık, bu sorunun cevabıyla ilgilidir. Sürtünen herşey ısı enerjisi üretir. Bunun yanında aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi ses ve ışık enerjilerine de dönüşebilir. Dönüşen bu enerjiler sürtünme kuvvetinin büyüklüğüne göre az veya çok hissedilir.
Salıncak potansiyel enerjinin kinetik enerjiye, kinetik enerjinin de potansiyel enerjiye karşılıklı olarak dönüşmesi sayesinde sallanır. Ancak bu durum sonsuza kadar devam etmez. Daha önce enerjinin yok olmayacağını öğrenmiştik. Peki, öyleyse;
• Salıncak bir müddet sonra neden durur?
• Hareketin devam etmesi için salıncağı neden itmek zorunda kalırız?
• Belli bir yükseklikten bıraktığımız lastik top, yerden zıpladıktan sonra neden her seferinde aynı yüksekliğe çıkmaz?
Birbirine sürtünen bütün cisimler enerji kaybeder. Yani enerjilerinin bir kısmını kullanamayacakları biçime dönüştürür. Sizce cisimlerin genellikle kullanamadığı bu enerji nedir? Sürtünme ne kadar küçük olursa enerji kaybı da o kadar az olur diyebilir miyiz? Yandaki resimde görüldüğü gibi düz yolda hareket ederken motoru duran bir otomobil, sürtünme yüzünden önce giderek yavaşlayacak, bir süre sonra da duracaktır.
Çünkü otomobilin kinetik enerjisi, sürtünme sonucunda ısı enerjisine dönüşmüştür. Bir enerji, kullanıldığında bir ya da daha fazla biçime dönüşebilir. Bu dönüşümde başlangıçtaki toplam enerji miktarı ile dönüşümden sonraki toplam enerji miktarı birbirine daima eşittir. Bununla birlikte, enerji bir biçimden başka bir biçime dönüşürken bu enerjinin bir kısmı da sürtünme nedeniyle ısı, ışık ve ses enerjilerine dönüşür.
Belli bir yükseklikten bırakılan lastik top, yere çarptıktan sonra her defasında aynı yüksekliğe sıçramaz. Çünkü top her düşüş ve sıçrayışta hem yer hem de hava ile sürtünmekte ve enerji kaybetmektedir. Bir başka deyişle yerin ve havanın sürtünme kuvveti topun hızını kesmektedir. Yapılan hassas ölçümler topun, havanın ve yerin sürtünme kuvveti sebebiyle ısındığını göstermiştir. Topun her defasında aynı yüksekliğe sıçramamasının sebebi enerjinin azalması değil, enerji dönüşümüdür. Su da cisimlerin hareketini zorlaştırıcı bir sürtünme kuvvetine sebep olur. Bunu azaltmak için gemilerin ön kısımları “V” şeklinde tasarlanır. Hayatımızın her alanında karşımıza çıkan “sürtünme” işlerimizi kimi zaman kolaylaştırırken kimi zaman da zorlaştırmaktadır.
Ayağımız ile yer arasındaki sürtünme sayesinde rahatça
yürüyebilmekte, ağaçlara tırmanabilmekte ve engebeleri aşabilmekteyiz. Ulaşım araçlarıyla güvenli bir şekilde yolculuk yapmamız da sürtünme sayesinde gerçekleşmektedir. Tekerleklerin yolu kavraması, frene basıldığında arabanın durması da sürtünmenin faydaları arasındadır. Çevremizi dikkatle incelersek her yerde sürtünmenin etkisini görebiliriz.
Sürtünmenin yukarıda sıraladığımız faydalarının yanı sıra işlerimizi zorlaştıran ve enerji kaybına yol açan olumsuz yönleri de vardır. Yukarıda da açıkladığımız gibi, tekerleklerin yolu kavraması ve balatalar sayesinde arabaların durdurulabilmesi sürtünmenin faydalarındandır. Ancak bu durum maddi kayıplara yol açmaktadır. Çünkü tekerlekler ve bunları durdurmaya yarayan balatalar sürtünme sebebiyle zamanla aşınır. Asfaltların, makine parçalarının, elbiselerimizin ve koltuk döşemelerinin aşınması sürtünmenin diğer olumsuzlukları olarak sıralanabilir. Cismin hareket ettiği yüzeyin pürüzlü olması, cismin harekete geçmesini zorlaştırırken, düz veya pürüzsüz yüzeylerde aynı cisim daha kolay harekete geçer. Bu nedenle halı, tahta, taşlı zemin gibi yüzeylerde cismi harekete geçirmek için gerekli olan kuvvet; cam, asfalt, yağlı zemin gibi yüzeylerdeki aynı cismi hareket ettirmek için gerekli olan kuvvetten daha büyüktür. Yani cismin temas ettiği yüzeyin pürüzlüğü arttıkça, cismin harekete geçmesi için gerekli olan kuvvete artmaktadır. Bir zemin üzerinde bulunan bir cismi harekete geçirmek için, yüzeyin cisme uygulanan hareketin zıt yönünde oluşan sürtünme kuvvetinden daha büyük bir kuvvete gereksinim vardır. Aksi taktirde uygulanan kuvvet cismin sürtünme kuvvetinden daha küçük veya eşitse cisim harekete geçmez. Sabit hızla hareket eden bir cisme etkiyen sürtünme kuvveti ile harekete geçirici kuvvetin bileşkesi sıfırdır. Çünkü cismi harekete geçirici kuvvet ile sürtünme kuvveti ters yöndedir.
Sürtünme Kuvvetinin Bağlı Olduğu Etkenler
a) Yüzeyin pürüzlü olması
Cismin hareket edeceği yüzeyin pürüzlü olması cismin hareketinde önemlidir. Pürüzlü yüzeylerde cisimlerin hareket etmesi için daha büyük kuvvete ihtiyaç vardır.
Bütün yüzeylerde mutlaka pürüz vardır. Cisimler birbiri üzerinde hareket ederken, yüzeylerindeki girinti ve çıkıntılar birbirinin içerisine girerek cismin hareket etmesini güçleştirirler. Cilalı yüzeylerde bu girinti-çıkıntılar daha az olduğundan sürtünme kuvveti de o oranda azdır. Bu nedenle pürüzlü yüzeylerin yağlanması ile bu girintiler azaltılarak daha az sürtünme kuvveti uygulaması sağlanabilir.
b) Cismin ağırlığı
Bir cismin ağırlığı arttığında cismin ve yüzeyin girinti-çıkıntıları daha fazla birbiri içine gireceğinden sürtünme de artar. Yani cismin hareketini engelleyen kuvvetin büyüklüğü de artar. Cismin hareket etmesini engelleyen bu kuvveti yenmek için, bu kuvvetten daha büyük bir kuvveti cisme uygulamak gerekir.
Sürtünme Kuvvetini Artırmak ve Azaltmanın Yolları
Sürtünme kuvvetinin, bir olayın gerçekleşmesi için yetersiz kaldığı durumlarda alınması gereken tedbirler vardır. Bunlardan bazılarını sıralayacak olursak;
a) Kışın araba lastiklerine zincir takılması,
b) Sporcuların ayakkabılarının altına dişler yapılması,
c) İş makinelerinin tekerlerinde dişlerin daha büyük yapılması,
d) Büyük kütlelerin altına tekerlek tipinde cisimlerin konulması,
e) Makinelerin yağlanması,
f) Dik yokuşlarda ulaşımı kolaylaştırmak için önlemler alınması,
