Gaya gesekan kental. Studi tentang gaya gesek kental Gaya resistensi saat bergerak dalam media kental
![Gaya gesekan kental. Studi tentang gaya gesek kental Gaya resistensi saat bergerak dalam media kental](https://i1.wp.com/helpiks.org/helpiksorg/baza6/271240066104.files/image004.gif)
Objektif: studi tentang fenomena gesekan kental dan salah satu metode untuk menentukan viskositas cairan.
Instrumen dan aksesori: bola dengan berbagai diameter, mikrometer, caliper, penggaris.
Elemen teori dan metode percobaan
Semua cairan dan gas nyata memiliki gesekan internal, juga disebut viskositas. Viskositas dimanifestasikan, khususnya, dalam kenyataan bahwa gerakan yang muncul dalam cairan atau gas setelah penghentian penyebab yang menyebabkannya, secara bertahap berhenti. Dari pengalaman sehari-hari, misalnya, diketahui bahwa untuk menciptakan dan mempertahankan aliran fluida yang konstan di dalam pipa, diperlukan perbedaan tekanan di antara ujung-ujung pipa. Karena, dalam aliran tunak, fluida bergerak tanpa percepatan, kebutuhan akan aksi gaya tekan menunjukkan bahwa gaya ini diimbangi oleh beberapa gaya yang memperlambat gerakan. Gaya-gaya ini adalah gaya gesek internal.
Dua mode utama aliran cairan atau gas dapat dibedakan:
1) berlapis;
2) bergejolak.
Dalam rezim aliran laminar, aliran cairan (gas) dapat dibagi menjadi lapisan-lapisan tipis, yang masing-masing bergerak dalam aliran umum dengan kecepatannya sendiri dan tidak bercampur dengan lapisan lainnya. Aliran laminar bersifat stasioner.
Dalam rezim turbulen, aliran menjadi tidak stabil - kecepatan partikel di setiap titik di ruang angkasa berubah secara acak sepanjang waktu. Dalam hal ini, pencampuran intensif cairan (gas) terjadi dalam aliran.
Mari kita pertimbangkan rezim aliran laminar. Mari kita pilih dua lapisan dalam aliran dengan luas S, terletak pada jarak ∆ Z terpisah dan bergerak dengan kecepatan yang berbeda. V 1 dan V 2 (Gbr. 1). Kemudian gaya gesek kental muncul di antara mereka, sebanding dengan gradien kecepatan D V/D Z dalam arah tegak lurus terhadap arah aliran:
Di mana koefisien μ secara definisi disebut viskositas atau koefisien gesekan internal, D V=V 2-V 1.
Dari (1) terlihat bahwa viskositas diukur dalam detik pascal (Pa s).
Perlu dicatat bahwa viskositas tergantung pada sifat dan keadaan cairan (gas). Secara khusus, nilai viskositas dapat sangat bergantung pada suhu yang diamati, misalnya dalam air (lihat Lampiran 2). Kegagalan untuk memperhitungkan ketergantungan ini dalam praktik dalam beberapa kasus dapat menyebabkan perbedaan yang signifikan antara perhitungan teoretis dan data eksperimen.
Dalam gas, viskositas disebabkan oleh tumbukan molekul (lihat Lampiran 1), dalam cairan, karena interaksi antarmolekul yang membatasi mobilitas molekul.
Nilai viskositas untuk beberapa zat cair dan gas diberikan dalam Lampiran 2.
Seperti yang telah disebutkan, aliran cairan atau gas dapat terjadi dalam salah satu dari dua mode - laminar atau turbulen. Fisikawan Inggris Osborne Reynolds menemukan bahwa sifat aliran ditentukan oleh nilai besaran tak berdimensi
Di mana kuantitas disebut viskositas kinematik, V adalah kecepatan fluida (atau benda di dalam fluida), D adalah beberapa ukuran karakteristik. Dalam kasus aliran fluida dalam pipa di bawah D pahami ukuran karakteristik penampang pipa ini (misalnya, diameter atau jari-jari). Ketika tubuh bergerak dalam cairan D pahami karakteristik ukuran benda ini, misalnya diameter bola. Untuk nilai Ulang< 1000 aliran dianggap laminar, di Ulang> 1000 aliran menjadi turbulen.
Salah satu metode untuk mengukur viskositas zat (viskometri) adalah metode bola jatuh atau metode Stokes. Stokes menunjukkan bahwa bola bergerak dengan kecepatan V dalam media kental, ada gaya gesekan kental sama dengan , di mana D adalah diameter bola.
Pertimbangkan gerakan bola saat jatuh. Menurut hukum kedua Newton (Gbr. 2)
Di mana F— gaya gesekan kental, — gaya Archimedes, — gaya gravitasi, ρ DAN Dan ρ masing-masing adalah kerapatan cairan dan bahan bola. Solusi untuk persamaan diferensial ini adalah ketergantungan kecepatan bola terhadap waktu sebagai berikut:
Di mana V 0 adalah kecepatan awal bola, dan
Apakah kecepatan gerak tetap (at T>>τ). Kuantitas adalah waktu relaksasi. Nilai ini menunjukkan seberapa cepat mode gerak stasioner terbentuk. Biasanya dianggap begitu T≈3τ gerak praktis tidak berbeda dengan gerak diam. Jadi, dengan mengukur kecepatan VPada, viskositas cairan dapat dihitung. Perhatikan bahwa rumus Stokes dapat diterapkan pada bilangan Reynolds kurang dari 1000, yaitu dalam rezim laminar aliran fluida di sekitar bola.
Alat laboratorium untuk mengukur viskositas cairan dengan metode Stokes adalah bejana kaca berisi cairan yang diteliti. Bola dilemparkan dari atas, sepanjang sumbu silinder. Ada tanda horizontal di bagian atas dan bawah kapal. Dengan mengukur waktu pergerakan bola antara tanda dengan stopwatch dan mengetahui jarak antara mereka, kecepatan pergerakan bola yang stabil ditemukan. Jika silindernya sempit, maka rumus perhitungannya harus disesuaikan dengan pengaruh dinding.
Dengan mempertimbangkan koreksi ini, rumus untuk menghitung viskositas akan berbentuk:
Di mana L - jarak antar tanda, D adalah diameter bagian dalam bejana.
Perintah kerja
1. Gunakan jangka sorong untuk mengukur diameter bagian dalam bejana, gunakan penggaris untuk mengukur jarak antara garis horizontal pada bejana, dan gunakan mikrometer untuk mengukur diameter semua bola yang digunakan dalam percobaan. Percepatan gravitasi diasumsikan 9,8 m/s2. Massa jenis cairan dan massa jenis zat bola ditunjukkan pada pengaturan laboratorium.
2. Turunkan bola satu per satu ke dalam cairan, ukur waktu yang dibutuhkan masing-masing bola untuk bergerak di antara tanda. Catat hasilnya dalam tabel. Tabel tersebut menunjukkan jumlah percobaan, diameter bola dan waktu perjalanannya, serta hasil perhitungan viskositas untuk setiap percobaan.
PENENTUAN KOEFISIEN GESEK INTERNAL
Cairan viskositas rendah
Penentuan viskositas
Contoh manifestasi viskositas cairan
Fluida ideal, yaitu cairan tanpa gesekan, adalah abstraksi. Semua cairan atau gas nyata memiliki viskositas, atau gesekan internal, pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil. Viskositas dimanifestasikan dalam kenyataan bahwa gerakan yang muncul dalam cairan atau gas setelah penghentian penyebab yang menyebabkannya, secara bertahap berhenti.
Mari kita perhatikan juga contoh-contoh berikut, di mana viskositas cairan memanifestasikan dirinya. Jadi, menurut hukum Bernoulli untuk fluida ideal, tekanan dalam pipa konstan jika penampang dan tingginya tidak berubah. Namun, seperti diketahui, tekanan di sepanjang pipa tersebut turun secara seragam, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. satu.
Beras. 1. Penurunan tekanan dalam pipa dengan cairan yang bergerak.
Fenomena ini dijelaskan dengan adanya gesekan internal pada cairan dan disertai dengan perpindahan sebagian energi mekaniknya ke dalam.
Dalam aliran fluida laminar melalui pipa (Gbr. 2), kecepatan lapisan terus berubah dari maksimum (sepanjang sumbu pipa) menjadi nol (dekat dinding).
Dari sudut pandang mekanis, salah satu lapisan memperlambat pergerakan lapisan yang berdekatan yang terletak lebih dekat ke sumbu pipa (bergerak lebih cepat), dan memiliki efek percepatan pada lapisan yang terletak lebih jauh dari sumbu (bergerak lebih lambat). .
Beras. 2. Distribusi kecepatan pada penampang aliran
cairan dalam pipa penampang melingkar (aliran laminar).
Gaya gesekan kental
Untuk memperjelas pola yang dipatuhi oleh gaya gesek dalam, perhatikan percobaan berikut. Dua pelat yang sejajar satu sama lain dibenamkan dalam cairan (Gbr. 3), dimensi liniernya secara signifikan melebihi jarak di antara keduanya d. Pelat bawah ditahan di tempatnya, pelat atas digerakkan relatif terhadap pelat bawah dengan kecepatan v 0 .
Beras. 3. Gerakan berlapis cairan kental di antara pelat,
memiliki kecepatan yang berbeda.
Lapisan cairan yang berbatasan langsung dengan pelat atas, karena gaya kohesi molekuler, menempel padanya dan bergerak bersama pelat. Lapisan cairan yang menempel pada pelat bawah tetap diam bersamanya. Lapisan perantara bergerak sedemikian rupa sehingga masing-masing lapisan atas memiliki kecepatan lebih besar daripada lapisan di bawahnya. Itu. setiap lapisan meluncur relatif terhadap lapisan yang berdekatan. Oleh karena itu, dari sisi lapisan bawah, yang atas dipengaruhi oleh gaya gesekan, yang memperlambat pergerakan lapisan kedua, dan sebaliknya, dari sisi lapisan atas ke lapisan bawah, ia mengalami percepatan. pergerakan. Gaya-gaya yang timbul di antara lapisan-lapisan fluida yang mengalami perpindahan relatif disebut friksi internal. Sifat-sifat fluida yang berhubungan dengan adanya gaya gesek internal disebut viskositas.
Pengalaman menunjukkan bahwa untuk menggerakkan pelat atas dengan kecepatan konstan v 0, perlu dilakukan tindakan di atasnya dengan gaya yang ditentukan dengan baik F. Tindakan kekuatan eksternal F diseimbangkan oleh gaya gesek berlawanan arah yang sama besarnya.
Gaya gesekan internal antara dua lapisan fluida dapat dihitung dengan menggunakan rumus Newton:
, (1)
di mana h adalah viskositas dinamis, koefisien gesekan internal, s adalah luas kontak (dalam hal ini luas pelat), Dv/D z adalah gradien kecepatan.
Koefisien viskositas secara numerik sama dengan gaya yang bekerja per satuan luas lapisan, ketika per satuan panjang, diambil tegak lurus terhadap lapisan, kecepatan berubah sebesar satu (Dv/D z= 1)
Viskositas(friksi internal) ( Bahasa inggris. viskositas) - salah satu fenomena transfer, sifat benda fluida (cair dan gas) untuk menahan pergerakan salah satu bagiannya relatif terhadap yang lain. Mekanisme gesekan internal dalam cairan dan gas adalah bahwa molekul yang bergerak secara acak mentransfer momentum dari satu lapisan ke lapisan lainnya, yang mengarah pada pemerataan kecepatan - ini dijelaskan dengan diperkenalkannya gaya gesekan. Viskositas padatan memiliki sejumlah fitur khusus dan biasanya dipertimbangkan secara terpisah. Hukum dasar aliran kental didirikan oleh I. Newton (1687): Seperti yang diterapkan pada cairan, viskositas dibedakan:
- Viskositas dinamis (mutlak). µ - gaya yang bekerja pada satuan luas permukaan datar, yang bergerak dengan kecepatan satuan relatif terhadap permukaan datar lainnya yang terletak pada jarak satuan dari yang pertama. Dalam sistem SI, viskositas dinamis dinyatakan sebagai Pa×s(pascal second), off-system unit P (poise).
- Viskositas kinematik ν adalah rasio viskositas dinamis µ terhadap kerapatan cairan ρ .
- ν , m 2 / s - viskositas kinematik;
- μ , Pa×s – viskositas dinamis;
- ρ , kg / m 3 - massa jenis cairan.
Gaya gesekan kental
Inilah fenomena terjadinya gaya tangensial yang mencegah pergerakan bagian-bagian cairan atau gas dalam hubungannya satu sama lain. Pelumasan antara dua padatan menggantikan gesekan geser kering dengan gesekan geser lapisan cair atau gas satu sama lain. Kecepatan partikel medium dengan mulus berubah dari kecepatan satu benda ke kecepatan benda lain.
Gaya gesekan kental sebanding dengan kecepatan gerak relatif V tubuh, sebanding dengan luasnya S dan berbanding terbalik dengan jarak antar bidang h.
F=-V S / jam ,Koefisien proporsionalitas, tergantung pada jenis cairan atau gas, disebut koefisien viskositas dinamis. Hal terpenting dalam sifat gaya gesekan kental adalah bahwa dengan adanya gaya kecil yang sewenang-wenang, benda akan mulai bergerak, yaitu tidak ada friksi statis. Perbedaan kekuatan yang signifikan secara kualitatif gesekan kental dari gesekan kering
Jika benda yang bergerak benar-benar terbenam dalam media kental dan jarak dari benda ke batas media jauh lebih besar daripada dimensi benda itu sendiri, maka dalam hal ini kita berbicara tentang gesekan atau resistensi sedang. Dalam hal ini, bagian media (cair atau gas) yang berbatasan langsung dengan benda bergerak bergerak dengan kecepatan yang sama dengan benda itu sendiri, dan saat Anda menjauh dari benda, kecepatan bagian media yang sesuai berkurang, berubah menjadi nol di tak terhingga.
Gaya resistansi media tergantung pada:
- viskositasnya
- dari bentuk tubuh
- pada kecepatan tubuh relatif terhadap medium.
Misalnya, ketika sebuah bola bergerak lambat dalam cairan kental, gaya gesekan dapat ditemukan dengan menggunakan rumus Stokes:
F=-6 RV,Perbedaan yang signifikan secara kualitatif antara gaya gesekan kental dan gesekan kering, antara lain, fakta bahwa benda di hadapan gesekan kental saja dan gaya eksternal kecil yang sewenang-wenang akan mulai bergerak, yaitu, untuk gesekan kental tidak ada gesekan statis, dan sebaliknya - di bawah pengaruh hanya gesekan kental, tubuh, yang awalnya bergerak, tidak pernah (dalam pendekatan makroskopis yang mengabaikan gerak Brown) tidak akan berhenti sepenuhnya, meskipun gerak akan melambat tanpa batas.
Viskositas gas
Viskositas gas (fenomena gesekan internal) adalah munculnya gaya gesekan antara lapisan gas yang bergerak relatif satu sama lain secara paralel dan dengan kecepatan berbeda. Viskositas gas meningkat dengan meningkatnya suhu
Interaksi dua lapisan gas dianggap sebagai proses perpindahan momentum dari satu lapisan ke lapisan lainnya. Gaya gesekan per satuan luas antara dua lapisan gas, sama dengan momentum yang ditransfer per detik dari lapisan ke lapisan melalui satuan luas, ditentukan oleh hukum Newton:
τ=-η dv / dz
di mana:
dv / dz- gradien kecepatan dalam arah tegak lurus terhadap arah gerak lapisan gas.
Tanda minus menunjukkan bahwa momentum dibawa ke arah penurunan kecepatan.
η
- viskositas dinamis.
η= 1 / 3 ρ(ν) λ, di mana:
ρ
adalah densitas gas,
(ν)
- kecepatan rata-rata aritmatika molekul
λ
adalah jalur bebas rata-rata molekul.
Viskositas beberapa gas (pada 0°C)
Viskositas Cairan
Viskositas Cairan- ini adalah properti yang memanifestasikan dirinya hanya ketika fluida bergerak, dan tidak memengaruhi fluida saat istirahat. Gesekan kental dalam cairan mematuhi hukum gesekan, yang pada dasarnya berbeda dari hukum gesekan padatan, karena tergantung pada luas gesekan dan kecepatan fluida.
Viskositas- sifat cairan untuk menahan geser relatif dari lapisannya. Viskositas dimanifestasikan dalam kenyataan bahwa dengan gerakan relatif lapisan fluida pada permukaan kontaknya, gaya penahan geser muncul, yang disebut gaya gesek internal, atau gaya viskositas. Jika kita mempertimbangkan bagaimana kecepatan berbagai lapisan cairan didistribusikan pada penampang aliran, maka kita dapat dengan mudah melihat bahwa semakin jauh dari dinding aliran, semakin besar kecepatan partikelnya. Di dinding aliran, kecepatan fluida adalah nol. Ilustrasinya adalah gambar dari apa yang disebut model aliran jet.
Lapisan fluida yang bergerak perlahan "memperlambat" lapisan fluida yang berdekatan yang bergerak lebih cepat, dan sebaliknya, lapisan yang bergerak dengan kecepatan lebih tinggi menyeret (menarik) lapisan yang bergerak dengan kecepatan lebih rendah bersamanya. Gaya gesekan internal muncul karena adanya ikatan antarmolekul antara lapisan yang bergerak. Jika area tertentu dialokasikan di antara lapisan cairan yang berdekatan S, maka menurut hipotesis Newton:
F=μS (du / dy),- μ - koefisien gesekan kental;
- S adalah area gesekan;
- du/dy- gradien kecepatan
Nilai μ dalam ungkapan ini adalah koefisien viskositas dinamis, sama dengan:
μ= F / S 1 / du / dy , μ= τ 1/bulan/hari,- τ - tegangan geser dalam cairan (tergantung pada jenis cairan).
Arti fisik dari koefisien gesekan kental- angka yang sama dengan gaya gesek yang berkembang pada permukaan satuan dengan gradien kecepatan satuan.
Dalam praktiknya, ini lebih sering digunakan koefisien viskositas kinematik, dinamakan demikian karena dimensinya tidak memiliki notasi gaya. Koefisien ini adalah rasio koefisien dinamis viskositas cairan terhadap densitasnya:
ν= μ / ρ ,Satuan pengukuran koefisien gesekan kental:
- N·s/m2 ;
- kgfs/m2
- Pz (Poiseuille) 1 (Pz) \u003d 0,1 (N s / m 2).
Analisis Sifat Viskositas Suatu Fluida
Untuk menjatuhkan cairan, viskositas tergantung pada suhu t dan tekanan R, bagaimanapun, ketergantungan yang terakhir memanifestasikan dirinya hanya pada perubahan tekanan besar, di urutan beberapa puluh MPa.
Ketergantungan koefisien viskositas dinamis pada suhu dinyatakan dengan rumus dalam bentuk:
μ t \u003d μ 0 e -k t (T-T 0),- μt - koefisien viskositas dinamis pada suhu tertentu;
- μ 0 - koefisien viskositas dinamis pada suhu yang diketahui;
- T - mengatur suhu;
- T 0 - suhu di mana nilai diukur μ 0 ;
- e
Ketergantungan koefisien relatif viskositas dinamis pada tekanan dijelaskan dengan rumus:
μ p \u003d μ 0 e -k p (P-P 0),- μ R - koefisien viskositas dinamis pada tekanan tertentu,
- μ 0 - koefisien viskositas dinamis pada tekanan yang diketahui (paling sering dalam kondisi normal),
- R - atur tekanan,;
- P 0 - tekanan di mana nilai diukur μ 0 ;
- e - basis logaritma natural adalah 2,718282.
Pengaruh tekanan pada viskositas cairan hanya muncul pada tekanan tinggi.
Fluida Newtonian dan non-Newtonian
Cairan Newtonian adalah cairan yang viskositasnya tidak bergantung pada laju regangan. Dalam persamaan Navier - Stokes untuk fluida Newtonian, terdapat hukum viskositas yang mirip dengan yang di atas (sebenarnya, generalisasi hukum Newton, atau hukum Navier).
Perbedaan antara gesekan kental dan gesekan kering adalah dapat menghilang secara bersamaan dengan kecepatan. Bahkan dengan gaya eksternal yang kecil, kecepatan relatif dapat diberikan ke lapisan media kental.
Kekuatan resistensi saat bergerak dalam media kental
Catatan 1Selain gaya gesekan, saat bergerak dalam media cair dan gas, gaya resistansi media muncul, yang jauh lebih signifikan daripada gaya gesekan.
Perilaku cairan dan gas dalam kaitannya dengan manifestasi gaya gesek tidak berbeda. Oleh karena itu, karakteristik berikut berlaku untuk kedua keadaan tersebut.
Definisi 1
Aksi gaya resistensi yang timbul ketika benda bergerak dalam media kental disebabkan oleh sifat-sifatnya:
- kurangnya gesekan statis, yaitu pergerakan kapal multi-ton terapung dengan tali;
- ketergantungan gaya penahan pada bentuk benda yang bergerak, dengan kata lain, pada perampingannya untuk mengurangi gaya penahan;
- ketergantungan nilai absolut dari gaya resistensi pada kecepatan.
Ada keteraturan tertentu yang tunduk pada gaya gesekan dan hambatan medium, dengan penunjukan simbolis dari gaya total sebagai gaya gesekan. Nilainya tergantung pada:
- bentuk dan ukuran tubuh;
- keadaan permukaannya;
- kecepatan relatif terhadap medium dan sifat-sifatnya, yang disebut viskositas.
Untuk menggambarkan ketergantungan gaya gesek pada kecepatan benda terhadap medium, gunakan grafik Gambar 1.
Gambar 1 . Grafik ketergantungan gaya gesek pada kecepatan dalam hubungannya dengan medium
Jika nilai kecepatannya kecil, maka gaya hambat berbanding lurus dengan υ, dan gaya gesek bertambah secara linier dengan kecepatan:
F t p \u003d - k 1 υ (1) .
Kehadiran minus berarti arah gaya gesek berlawanan arah relatif terhadap arah kecepatan.
Pada nilai kecepatan yang besar, terjadi transisi dari hukum linier ke hukum kuadrat, yaitu peningkatan gaya gesekan sebanding dengan kuadrat kecepatan:
F t p \u003d - k 2 υ 2 (2) .
Jika di udara ketergantungan gaya resistansi pada kuadrat kecepatan berkurang, orang berbicara tentang kecepatan dengan nilai beberapa meter per detik.
Nilai koefisien gesek k 1 dan k 2 bergantung pada bentuk, ukuran dan kondisi permukaan benda serta sifat kekentalan medium.
Contoh 1
Jika kita mempertimbangkan lompatan penerjun payung yang berlarut-larut, maka kecepatannya tidak dapat terus meningkat, pada saat tertentu penurunannya akan dimulai, di mana gaya penahannya akan sama dengan gaya gravitasi.
Nilai kecepatan transisi hukum (1) ke (2) bergantung pada alasan yang sama.
Contoh 2
Ada jatuhnya dua bola logam dengan massa berbeda dari ketinggian yang sama dengan kecepatan awal yang hilang. Bola mana yang akan jatuh lebih cepat?
Diberikan: m 1 , m 2 , m 1 > m 2
Larutan
Selama musim gugur, kedua badan menambah kecepatan. Pada saat tertentu, gerakan ke bawah dilakukan dengan kecepatan tetap, di mana nilai gaya tahanan (2) sama dengan gaya gravitasi:
F t p \u003d k 2 υ 2 \u003d m g.
Kami mendapatkan kecepatan tetap dengan rumus:
υ 2 = m g k 2 .
Oleh karena itu, bola yang berat memiliki kecepatan jatuh yang stabil lebih besar daripada bola yang ringan. Oleh karena itu, mencapai permukaan bumi akan terjadi lebih cepat.
Menjawab: bola yang berat akan mencapai tanah lebih cepat.
Contoh 3
Seorang penerjun payung terbang dengan kecepatan 35 m/s hingga parasutnya terbuka, dan setelah itu - dengan kecepatan 8 m/s. Tentukan tegangan garis saat parasut terbuka. Berat penerjun payung 65 kg, percepatan jatuh bebas 10 m/s 2 . Tentukan proporsionalitas F tr relatif terhadap υ.
Diberikan: m 1 \u003d 65 kg, υ 1 \u003d 35 m / s, υ 2 \u003d 8 m / s.
Menemukan: T-?
Larutan
Gambar 2
Sebelum membuka, penerjun payung memiliki kecepatan υ 1 = 35 m / s, yaitu percepatannya nol.
Menurut hukum kedua Newton, kita mendapatkan:
0 = m g - k υ 1 .
Jelas itu
Setelah parasut dibuka, υ berubah menjadi sama dengan υ 2 = 8 m / s. Dari sini, hukum kedua Newton berbentuk:
0 - m g - k υ 2 - T .
Untuk menemukan gaya tarik garis, perlu mengubah rumus dan mengganti nilainya:
T \u003d m g 1 - υ 2 υ 1 ≈ 500 N.
Menjawab: T = 500 N.
Jika Anda melihat kesalahan dalam teks, sorot dan tekan Ctrl+Enter
Menariknya, tubuh yang benar-benar kering praktis tidak pernah ditemukan di alam. Dalam kondisi pemeliharaan peralatan apa pun, lapisan tipis presipitasi atmosfer, lemak, dll. terbentuk di permukaan zat padat. Gesekan antara benda padat dan cairan atau gas disebut gesekan kental atau cairan.
Di mana gesekan kental terjadi?
Gesekan kental terjadi ketika benda padat bergerak dalam media cair atau gas, atau ketika cairan atau gas itu sendiri mengalir melewati benda padat yang diam.
Apa penyebab gesekan kental?
Penyebab gesekan kental adalah gesekan internal.
Jika benda padat bergerak dalam medium diam, lapisan air atau udara yang menempel padanya akan bergerak bersamanya. Pada saat yang sama, ia meluncur di sepanjang lapisan yang berdekatan. Ada gaya gesek yang menahan lapisan ini.
Itu bergerak dan, pada gilirannya, menyeret lapisan berikutnya, dan seterusnya.Semakin jauh dari permukaan tubuh, semakin lambat lapisan cairan atau gas bergerak. Gaya gesekan antar lapisan memperlambat lapisan yang lebih cepat dan, oleh karena itu, benda padat itu sendiri. Itu direm langsung oleh gesekan kental. Hal yang sama terjadi ketika aliran cairan atau gas mengalir melewati benda yang tidak bergerak.
Fitur menarik dari gesekan kental!
![](https://i2.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/48.jpg)
Tuang air ke dalam mangkuk dan celupkan sepotong kayu ke dalamnya. Tiup chip - itu akan mengapung di atas air. Dan meskipun Anda meniup dengan lemah, chip akan tetap bergerak dari tempatnya Perbedaan utama antara gesekan kental dan gesekan kering adalah tidak ada gesekan statis yang kental!
Sekecil apapun gaya traksi yang bekerja pada benda, segera menyebabkan benda bergerak di dalam fluida. Semakin kecil gaya ini, semakin lambat tubuh akan berenang.
Apa yang menentukan gaya gesekan dalam cairan atau gas?
Gaya gesek yang dialami oleh benda yang bergerak, misalnya dalam zat cair, bergantung pada kecepatan gerak, bentuk dan ukuran benda, dan sifat-sifat zat cair.
Pada kecepatan gerakan rendah, gaya resistansi berbanding lurus dengan kecepatan gerakan dan ukuran linier tubuh. Benda mengalami semakin besar gaya resistensi, semakin tebal (kental) mediumnya. Dan cairan bisa tidak kental, seperti air, atau sangat kental, seperti madu. Air memiliki viskositas yang lebih rendah daripada lem, dan lem memiliki viskositas yang lebih rendah daripada resin.
Viskositas tergantung pada suhu cairan.
Misalnya, di musim dingin, mesin mobil yang berdiri dalam cuaca dingin harus dihangatkan.
Ini dilakukan untuk menghangatkan oli beku yang dituangkan ke dalam mesin.
Viskositas oli beku lebih besar dari oli yang dipanaskan, dan motor tidak dapat berputar dengan cepat.
Sebaliknya, viskositas gas berkurang dengan penurunan suhu.
Saat kecepatan benda meningkat, resistansi medium berubah. Itu tergantung pada sifat aliran di sekitar benda yang bergerak di dalamnya. Pada kecepatan tinggi, aliran turbulen yang kompleks muncul di belakang benda yang bergerak, bentuk aneh, cincin, dan pusaran terbentuk.
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/75.jpg)
Resistensi turbulen terhadap gerak sudah bergantung pada kepadatan medium, kuadrat kecepatan benda, dan ukuran (kuadrat) benda. Tarikan bergolak berkurang berkali-kali setelah memberikan bentuk yang ramping ke benda yang bergerak. Bentuk terbaik untuk benda yang bergerak dalam kolom cairan atau gas adalah tumpul di depan dan tajam di belakang (misalnya, pada lumba-lumba dan paus).
Dahulu kala...
Beberapa gambar kuno yang ditemukan di piramida menunjukkan orang Mesir menuangkan susu di bawah pelari kereta luncur tempat mereka menyeret balok batu.
Jejak minyak zaitun, yang membantu mengurangi gesekan, ditemukan di dermaga gerbang sumur dari Zaman Perunggu (abad ke-5 SM) yang sampai kepada kita.
Apa itu "pelumas"?
Jadi mereka mengatakan tentang pelumasan: "berjalan seperti jarum jam."
Di mana Anda harus berurusan dengan permukaan kering yang meluncur, mereka mencoba membuatnya basah, melumasi. Hub roda diolesi tar atau gemuk; minyak dituangkan ke dalam bantalan, minyak diisi. Di pembangkit listrik bahkan ada posisi khusus kapal tangki, menuangkan pelumas dari kapal tangki ke bagian gosok. Ada juga kapal tangki di rel kereta api. Berkat pelumasan, gesekan berkurang 8-10 kali.
Cairan alami apa yang terbaik untuk pelumasan?
Ini adalah lemak nabati, mentega, daging sapi atau lemak babi, tar. Namun seiring perkembangan teknologi, ditemukan pelumas lain yang lebih murah - minyak mineral yang diperoleh dari penyulingan minyak.
Sebagai pelumas modern, seseorang dapat menamai mesin, penerbangan, minyak diesel, gemuk, gemuk, vaseline teknis, autol, nigrol, minyak spindel, minyak senjata.
Ternyata semakin masif bagian yang berputar, misalnya, pelumasnya harus semakin kental. Poros berat turbin hidrolik dilumasi dengan minyak kental, dan bagian penggerak jam saku dilumasi dengan oli tulang cair dan transparan. Pelumas yang baik harus "berminyak". Kemudian, saat mesin berhenti, lapisan pelumas tertipis tetap berada di celah antara bagian yang bergesekan, dan saat mesin dihidupkan, tidak perlu mengatasi gesekan statis antara permukaan yang benar-benar kering. Ini mengurangi gesekan dan keausan bagian gosok. Selama pengoperasian mesin, pelumas memanas dan kehilangan sebagian sifatnya, oleh karena itu, perangkat khusus digunakan untuk mendinginkan pelumas. Dan campuran pelumas semacam itu telah dibuat yang bekerja dengan baik bahkan dalam cuaca yang sangat dingin.
Tetapi cairan yang paling umum di alam - air jarang digunakan sebagai pelumas. Ini memiliki viskositas rendah dan, selain itu, menyebabkan korosi pada banyak logam.
![](https://i2.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/51.jpg)
Kecerobohan dengan api adalah penyebab utama kebakaran untuk semua struktur.
Tetapi untuk kincir angin, yang sekarang hampir menghilang, salah satu penyebab utama kebakaran adalah angin kencang, karena dengan angin kencang porosnya sering terbakar karena gesekan !!!
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/52.jpg)
Jika air bertekanan tinggi dialirkan ke selang api kanvas, selang itu bisa pecah. Dan jika Anda mengambil terpal lebih kuat? Petugas pemadam kebakaran Amerika melakukan eksperimen semacam itu. Selangnya tidak putus, namun saat laju aliran air mencapai 100 liter per detik, selang tersebut terbakar akibat gesekan air dengan dinding kanvas!
Menarik!
Ada cairan yang meningkatkan gesekan. Ini orang jahat!
Saat melumasi permukaan gosok dengan pelumas, gesekan kering digantikan oleh gesekan kental dan berkurang.
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/47.jpg)
Cairan adalah pelumas gesekan, tetapi saat mencabut paku dari produk kayu yang telah terkena hujan dalam waktu lama atau di tempat yang lembab, Anda perlu melakukan lebih banyak tenaga daripada saat mencabut dari yang kering! Faktanya adalah celah antara partikel kayu yang bengkak karena kelembapan meningkat, dan paku dikompresi lebih kuat oleh serat kayu, sementara gaya gesekan meningkat.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/29.jpg)
Ketika gelombang pasang surut bergerak di sepanjang dasar laut, gaya gesek menyebabkan rotasi bumi melambat dan hari menjadi lebih panjang.
Gesekan kental menyebabkan hilangnya energi mekanik benda yang bergerak, karena memperlambat dia. Tetapi ini tidak berarti bahwa, misalnya, sebuah pesawat akan lebih baik terbang di media tanpa gesekan kental. Pesawat di udara seperti itu tidak akan bisa lepas landas sama sekali, karena. daya angkat sayapnya dan daya dorong baling-balingnya akan menjadi nol!
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/46.jpg)
Kecepatan linier satelit yang bergerak di lapisan atmosfer yang dijernihkan meningkat karena hambatan udara! Paradoks tersebut dijelaskan oleh fakta bahwa jari-jari orbit berkurang dan sebagian energi potensial satelit diubah menjadi energi kinetik.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/81.jpg)
Untuk kapal dengan perpindahan sekitar 35.000 ton dan panjang sekitar 180 m, hilangnya gesekan terhadap air dengan kecepatan 14 knot kira-kira 75% dari total daya, dan 25% sisanya dihabiskan untuk mengatasi hambatan gelombang. . Menariknya, jenis kerugian yang terakhir ini berkurang secara signifikan saat tubuh bergerak dalam posisi terendam.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/79.jpg)
Atmosfer kita di dekat permukaan bumi kira-kira 800 kali lebih padat daripada air, tetapi juga dapat menciptakan penangkal gerakan yang sangat besar. Jadi, kereta biasa dengan kecepatan 200 km/jam menghabiskan sekitar 70% dari total tenaganya untuk mengatasi hambatan udara. Meski dengan bentuk yang ramping, angka ini tidak turun di bawah setengah dari total tenaga.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/80.jpg)
Sudah pesawat pertama dengan jelas merasakan kekuatan hambatan udara yang sangat besar. Dan sejak saat itu, pengurangan hambatan karena perampingan yang lebih baik menjadi salah satu masalah utama dalam pengembangan penerbangan. Bagaimanapun, gesekan terhadap udara tidak hanya menyerap energi mesin, tetapi juga menyebabkan pesawat terlalu panas di lapisan atmosfer yang padat. Namun pada saat yang sama, arus yang datang menjadi salah satu sumber daya angkat pesawat.