న్యూటన్ గమన నియమాలు
1. న్యూటన్ మొదటి గమన నియమం: బాహ్యబలం పని చేయనంతవరకు విరామంలో ఉండే వస్తువు విరామంలోనూ, గమనంలో ఉండే వస్తువు గమనంలోనూ ఉంటాయి.
లేదా
* బాహ్యబలం పనిచేయనంత వరకూ వస్తుస్థితిలో మార్పు ఉండదు.
ప్రాముఖ్యం:
1. జడత్వాన్ని వివరిస్తుంది.
2. బలాన్ని నిర్వచిస్తుంది.
జడత్వం : వస్తువు యొక్క స్థితి మార్పు చెందడాన్ని వ్యతిరేకించే వస్తుధర్మాన్ని జడత్వం అంటారు. రేఖీయ చలనంలో జడత్వానికి కొలత ప్రమాణం 'ద్రవ్యరాశి'.
* S.I. ప్రమాణం : కి.గ్రా. మితిఫార్ములా : M
జడత్వం రకాలు :
ఎ. నిశ్చల జడత్వం
బి. గమన జడత్వం
సి. దిశా జడత్వం.
ఎ. నిశ్చల జడత్వం : ఒక వస్తువు స్వతహాగా తన నిశ్చల స్థితిని మార్చుకోలేని ధర్మం.
అనువర్తనాలు : 1. నిశ్చలంగా ఉన్న బస్సు అకస్మాత్తుగా బయల్దేరితే దానిలోని ప్రయాణీకులు వెనక్కు ఒరుగుతారు.
2. చెట్టు కొమ్మలను ఊపినప్పుడు వాటి నుంచి పళ్లు రాలుతాయి.
3. కార్పెట్ను కర్రతో కొడితే ధూళి కణాలు దాని నుంచి వేరవుతాయి.
4. కార్డు బోర్డుపై ఒక నాణేంను ఉంచారు. కార్డు బోర్డును హఠాత్తుగా లాగితే ఆ నాణెం కింద పడుతుంది.
బి. గమన జడత్వం : వస్తువు తన గమన స్థితిని మార్చుకోవడాన్ని వ్యతిరేకించే ధర్మం.
అనువర్తనాలు : 1. గమనంలో ఉన్న బస్సు అకస్మాత్తుగా ఆగితే అందులోని ప్రయాణీకులు ముందుకు ఒరుగుతారు.
2. స్విచ్ ఆపిన తర్వాత కూడా ఫ్యాన్ రెక్కలు కొంతసేపు తిరుగుతుంటాయి.
3. గమనంలో ఉన్న బస్సు నుంచి దిగిన ప్రయాణీకుడు అదే దిశలో పరుగెత్తాలి.
4. లాంగ్ జంప్లో పాల్గొనే వ్యక్తి దూకేముందు కొంతదూరం నుంచి పరుగెత్తుతాడు. దీనివల్ల 'గమన జడత్వాన్ని పొంది ఎక్కువ దూరం దూకుతాడు.'
సి. దిశా జడత్వం: వస్తువు తన దిశను మార్చుకోవడాన్ని వ్యతిరేకించే ధర్మం.
అనువర్తనాలు : 1. బస్సు అకస్మాత్తుగా కుడివైపు తిరిగితే ప్రయాణీకులు ఎడమవైపు ఒరుగుతారు.
2. సానపట్టే రాయి నుంచి వచ్చే నిప్పురవ్వలు భ్రమణం చేసే రాయికి స్పర్శరేఖ దిశలో పోతాయి.
* బలం : నిశ్చలస్థితినిగాని, ఏకరీతి గమనాన్ని గాని మార్చేది, లేదా మార్చడానికి ప్రయత్నించే దాన్ని బలం అంటారు.
* ఏకరీతి గమనంలోని వస్తువుపై పనిచేసే మొత్తం బలం సున్నా. అంటే ఏకరీతి వేగంతో పోతున్న వస్తు వేగాన్ని స్థిరంగా ఉంచడానికి ఏ విధమైన బలం అవసరం లేదు.
V = స్థిరం a = 0 F = 0.
న్యూటన్ రెండో గమన నియమం : 'వస్తువు ద్రవ్యవేగంలోని మార్పురేటు బాహ్యబలానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. ఇది బలదిశలో జరుగుతుంది.'
(ద్రవ్యరాశి స్థిరమైనప్పుడు).
* ఈ నియమాన్ని నిజగమన నియమం అంటారు. ఎందుకంటే మొదటి, మూడో నియమాలను దీన్నుంచి ఉత్పాదించవచ్చు.
* ఈ నియమం బలాన్ని పరిమాణాత్మకంగా నిర్వచిస్తుంది. ప్రమాణ బలాన్ని నిర్వచిస్తుంది.
* S.I ప్రమాణం : న్యూటన్ మితిఫార్ములా : MLT-2 C.G.S. ప్రమాణం : డైన్ = గ్రామ్. సెం.మీ / సె2
ద్రవ్యవేగం : ఇది ద్రవ్యరాశి, వేగాల లబ్ధం.
* P = mν
* ఇది సదిశరాశి. దీని దిశ వేగదిశలో ఉంటుంది.
ప్రమాణాలు : కి.గ్రా. - మీ / సె.
(లేదా)
న్యూటన్ - సెకను
మితిఫార్ములా : M1 L1 T-1
ప్రచోదనం : ఇది బలం, కాలాల లబ్ధం. ఇది ద్రవ్యవేగంలోని మార్పునకు సమానం.
* J = Ft = mν - mu
* ఇది సదిశరాశి. దీని దిశ బలం లేదా ద్రవ్యవేగంలో మార్పు దిశలో ఉంటుంది.
ప్రమాణం : న్యూటన్ - సెకన్
* F - t గ్రాఫ్ వైశాల్యం ప్రచోదనాన్ని సూచిస్తుంది.
ప్రచోదన ద్రవ్యవేగ సిద్ధాంతం
* అనువర్తనాలు :
1. క్రికెట్ ఆటగాడు బంతిని పట్టుకొనేటప్పుడు తన చేతులను వెనుక్కు లాగుతాడు.
2. కొంత ఎత్తు నుంచి కాంక్రీట్ నేలపై పడితే ఎక్కువ గాయాలవుతాయి. కానీ, మెత్తటి నేలపై పడితే తక్కువ గాయాలవుతాయి.
3. చైనా ప్లేట్లను, గాజు ప్లేట్లను గడ్డితో చుడతారు.
4. షాక్- అబ్జార్వర్స్.
న్యూటన్ మూడో గమన నియమం :
* చర్యకు సమాన, వ్యతిరేక ప్రతిచర్య ఉంటుంది.
చర్య, ప్రతిచర్యల అభిలక్షణాలు :
1. చర్య, ప్రతిచర్యల పరిమాణం సమానం, దిశలు వ్యతిరేకం.
2. రెండూ వేర్వేరు వస్తువులపై పనిచేస్తాయి.
3. రెండూ జతగా మాత్రమే ఏర్పడతాయి.
4. ఒకదానికొకటి పరస్పరం, అంతర్గతం.
5. రెండూ ఒకేసారి ఏర్పడతాయి. చర్య, ప్రతిచర్య మధ్య కాలాంతరం ఉండదు.
* ఏక సంవృత బలం అనేది భౌతిక పరంగా సాధ్యం కాదు. బలాలు ఎల్లప్పుడూ జతలుగా ఏర్పడతాయి.
* ఒక సంవృత వ్యవస్థలో మొత్తం అంతర్గత బలం ఎల్లప్పుడూ శూన్యం.
* ఏ బలాన్నైనా చర్యగా తీసుకొని వేరొక దాన్ని ప్రతిచర్యగా తీసుకోవాలి.
* ఇది బలాల స్వభావాన్ని, రేఖీయ ద్రవ్యవేగ నిత్యత్వ నియమాన్ని గురించి వివరిస్తుంది.
* ఈ నియమం మిథ్యాబలాలకు వర్తించదు.
న్యూటన్ మూడో నియమానికి ఉదాహరణలు :
1. బుల్లెట్ - తుపాకి
2. నేలపై నడవడం.
3. రాకెట్ లేదా జెట్
* రెక్కలున్న విమానాలు తక్కువ ఎత్తులో ఎగురుతాయి. ఎందుకంటే తక్కువ ఎత్తు దగ్గర గాలిసాంద్రత ఎక్కువ. అందువల్ల విమానానికి అవసరమైన బలం సమకూరి ముందుకు కదులుతుంది.
* రాకెట్ అంతరాళంలో కూడా ప్రయాణించగలదు. ఎందుకంటే అది ఇంధనాన్ని, ఆక్సిజన్ను తీసుకెళ్తుంది.
* జెట్ వాతావరణంలో మాత్రమే ప్రయాణిస్తుంది. ఎందుకంటే దానిలోని ఇంధనం మండటానికి వాతావరణంలోని ఆక్సిజన్ అవసరం.
న్యూటన్ నియమం ఉపయోగాలు :
1. లిఫ్టులో వస్తువు యొక్క దృశ్యబరువు
2. నున్నని కప్పీ ద్వారా పోతున్న తంత్రులతో సంధానం చేసిన వస్తువుల చలనం. (At wood's machine)
3. స్పర్శలోని వస్తువుల చలనం.
1. లిఫ్టులో వస్తువు యొక్క దృశ్యబరువు :
a. 'm' ద్రవ్యరాశి ఉన్న వస్తువు లిఫ్టులో ఉంది. లిఫ్టు 'a' త్వరణంతో పైకి కదులుతోంది. వస్తువుపై లంబ ప్రతిచర్య
R = mg + ma
b. లిఫ్టు 'a' త్వరణంతో కిందకు కదులుతున్నప్పుడు వస్తువుపై లంబ ప్రతిచర్య
R = mg - ma
c. లిఫ్టు స్వేచ్ఛగా కిందకు పడేటప్పుడు a = g ; వస్తువు దృశ్యభారం = 0
d. లిఫ్టు పైకి లేదా కిందకు స్థిరవేగంతో కదిలేటప్పుడు, వస్తువు దృశ్యబరువు దాని అసలు బరువుకు సమానం.
2. నున్నని కప్పీ ద్వారా పోతున్న తంత్రితో సంధానం చేసిన వస్తువుల చలనం :
a. m1, m2 ద్రవ్యరాశి ఉన్న రెండు వస్తువులను తీసుకుందాం. వీటిని ద్రవ్యరాశి లేని నున్నని కప్పీ ద్వారా పోతున్న (సాగడానికి వీల్లేని) తేలిక తంత్రికి సంధానం చేశారనకుందాం.
m1 > m2 అయితే m1 కిందకు, m2 పైకి కదులుతాయి.
3. స్పర్శలో ఉన్న వస్తువుల చలనం:
* 'm1', 'm2' ద్రవ్యరాశులున్న రెండు వస్తువులను స్పర్శలో(తాకేలా) ఉంచారు. 'F' బలాన్ని 'm1' ద్రవ్యరాశిపై ప్రయోగిస్తే, రెండు వస్తువుల్లో సమాన త్వరణం ఏర్పడుతుంది.
* రెండు వస్తువుల్లో ఏర్పడిన త్వరణం
* ఇక్కడ F అనేది m1 ద్రవ్యరాశి ఉన్న వస్తువుపై పనిచేసే బలం. m1 పై m2 ఏర్పరచే బలం 'f' అయితే,
లాగడం, నెట్టడంలో ఏది సులభం?
సైకిల్పై ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు ఎవరైనా దాన్ని వెనక్కి లాగితే కొంత సమయం తరవాత అది ఆగిపోతుంది. ఒక బంతి భూమిపై దొర్లుతున్నప్పుడు దాని వేగం క్రమంగా తగ్గి కొంత సమయం తరవాత విరామ స్థితిలోకి వస్తుంది.
న్యూటన్ గమన సూత్రాల ప్రకారం ప్రతి వస్తువు యొక్క గమన స్థితిలో మార్పు రావాలంటే దానిపై బాహ్య బల ప్రభావం ఉండాలి. ఈ బాహ్య బలం వస్తువు గమన దిశలో ఉంటే దాని వేగం పెరుగుతుంది. బాహ్య బలం వస్తు గమన దిశకు వ్యతిరేక దిశలో పని చేస్తే దాని వేగం తగ్గుతుంది. ఫలితంగా వెనక్కి లాగిన సైకిల్ ఆగుతుంది. అలాగే చలిస్తున్న బంతిపై ఏదో ఒక అదృశ్య బలం వ్యతిరేక దిశలో పని చేయడం వల్ల బంతి వేగం క్రమంగా తగ్గుతూ చివరకు శూన్యమవుతుంది. వ్యతిరేక దిశలో పని చేస్తున్న ఈ బలాన్నే ఘర్షణ అంటారు.
స్పర్శిస్తున్న రెండు తలాల మధ్య వాటి సాపేక్ష గమనాన్ని నిరోధించే స్వయం ఉత్పాదక బలాన్నే ఘర్షణ అంటారు. ఈ బలం ఎప్పుడూ తలాల స్పర్శ బిందువుకు స్పర్శీయంగా ఉంటుంది.
ఘర్షణ ఉత్పన్నతకు కారణం :
ప్రతి తలంలో ఎత్తుపల్లాలు ఉంటాయి. కొన్ని వస్తువుల విషయంలో ఇవి సాధారణ కంటికి కనిపిస్తాయి. మరికొన్ని వస్తువుల్లో సూక్ష్మదర్శిని సహాయంతో గమనిస్తాం.
రెండు తలాలను ఒక దానిపై ఒకటి ఉంచితే వాటిలోని ఎత్తుపల్లాలు ఒకదానికొకటి పెనవేసుకొంటాయి. ఫలితంగా వాటి మధ్య సాపేక్ష చలనం నిరోధించగలుగుతుంది. రెండు తలాల్లోని అణువుల మధ్య ఉండే ఆకర్షణ బలాలను అసంజన బలాలు అంటారు. ఈ బలాల వల్ల రెండు తలాలు ఒకదానికొకటి పెనవేసుకొంటాయి. అణువుల మధ్యన ఉన్న ఈ బలాలే ఘర్షణకు కారణమవుతాయి.
ఘర్షణ వల్ల కలిగే లాభాలు :
* రోడ్లపై, ఇళ్ళలో సురక్షితమైన నడక సాధ్యమవుతుంది.
* పెన్ను, పుస్తకం తదితర వస్తువులు చేతితో పట్టుకొనేందుకు వీలవుతుంది.
* బస్సు, కారు, మోటారు సైకిల్ తదితర వాహనాల గమనాన్ని నియంత్రించేందుకు (అంటే వేగాన్ని నియంత్రించటం) ఉపకరిస్తుంది.
* మోటార్లలో బెల్టు ద్వారా యాంత్రిక శక్తిని బదిలీ చేయవచ్చు.
ఘర్షణ వల్ల కలిగే నష్టాలు :
* యంత్రాలు ఎక్కువ శక్తి కోల్పోవడంతో వాటి దక్షత తగ్గుతుంది.
* యంత్రాల్లో వివిధ భాగాలు అరిగిపోయి, వాటి జీవితకాలం తగ్గుతుంది.
* యంత్రాల్లోని అంతర్గత భాగాలు బాగా ఉష్ణాన్ని శోషించుకుని కొన్నిసార్లు కరిగిపోతాయి.
ఘర్షణ తగ్గించే పద్ధతులు :
1. పాలిష్ చేయడం : పాలిష్ చేయడం ద్వారా తలాల్లో ఉన్న ఎత్తుపల్లాలను తొలిగించవచ్చు.
ఇలా చేయడం వల్ల ఘర్షణ కొంతవరకు తగ్గుతుంది. ఎక్కువగా పాలిష్ చేయటం వల్ల తలాల్లోని అణువుల మధ్య దూరం తగ్గి వాటి మధ్య ఉన్న అసంజన బలాలు పెరుగుతాయి. దీంతో వాటి మధ్య ఉన్న ఘర్షణ పెరుగుతుంది.
2. స్నేహకాల వాడకం : మెషిన్ ఆయిల్, గ్రీజు, సంపీడనం చెందిన గాలి మరియు కొన్ని రకాల కర్బన సమ్మేళనాల నూనెలు ఉపయోగించి తలాల మధ్య ఉన్న ఘర్షణ తగించవచ్చు. సైకిల్ గమనం మందకొడిగా ఉంటే దానిలోని భాగాలపై ఆయిల్ వేయడం వల్ల ఆ భాగాల మధ్య ఘర్షణ తగ్గి సైకిల్ గమనం వేగవంతమవుతుంది. పై పద్ధతికి ఇది చక్కని ఉదాహరణ.
3. బాల్బేరింగ్లు ఉపయోగించడం : సైకిళ్లు, ద్విచక్ర వాహనాలు, కార్లు, డైనమోలాంటి స్వేచ్ఛగా తిరిగే వాహనాల చక్రాల మధ్య భాగాలకు బాల్బేరింగ్లు అమరుస్తారు. ఫలితంగా జారుడు ఘర్షణ దొర్లుడు ఘర్షణగా మారి ఘర్షణ కొంత తగ్గుతుంది.
4. ధారావాహికాకరం : వాహనాలు, విమానాల ముందు తలాలు వక్రంగా ఉండేలా ప్రత్యేక ఆకారంలో రూపొందిస్తారు. దీంతో అవి చలిస్తున్నప్పుడు గాలి వల్ల కలిగే ఘర్షణ వాటిపై తక్కువగా ఉంటుంది. ఘర్షణను మూడు రకాలుగా వర్గీకరించవచ్చు. అవి.
1) స్త్థెతిక ఘర్షణ
2) గతిక ఘర్షణ
3) దొర్లుడు ఘర్షణ
గదిలోని బీరువాను తీసుకోండి. దీన్ని ఒక స్థానం నుంచి మరో స్థానానికి మార్చేందుకు ఇద్దరు వ్యక్తులు ఒక వైపు నుంచి నెట్టారు. అయినా దాని స్థానం మారలేదు. కాబట్టి ప్రయోగించిన బలం సంతృప్తమైనదని భావించవచ్చు. అంటే అక్కడున్న ఘర్షణ బలం, ప్రయోగించిన బలాన్ని సంతృప్తపరుస్తుంది. తలాలు విరామస్థితిలో ఉన్నప్పుడు ఘర్షణ బలాన్ని స్త్థెతిక ఘర్షణ బలం అంటారు. మరో వ్యక్తి వీరికి కలిసిన సందర్భంలోనూ బీరువాలో ఎలాంటి చలనం లేదు. కాబట్టి స్త్థెతిక ఘర్షణ బలం ప్రయోగిత బలంతో పాటు పెరుగుతుందని మనం తెలుసుకోవచ్చు. నాలుగో వ్యక్తి వీరికి తోడు కావడంతో బీరువా జారడం మొదలైంది. అంటే ఈ సందర్భంలో స్త్థెతిక ఘర్షణ బలం గరిష్ఠమవుతుంది. ఈ బలం యొక్క గరిష్ఠ విలువనే సీమాంత ఘర్షణ అంటారు. అయిదో వ్యక్తి వీరికి తోడైతే బీరువా నేలపై జారుతుంది. అలా జారుతున్న సమయంలో దీనికి వుండే ఘర్షణను గతిక ఘర్షణ అంటారు. జారుతూ ఉన్న సందర్భంలో ఇద్దరు వ్యక్తులు పక్కకు తొలిగినా బీరువా జారుతూనే వుంటుంది. కాబట్టి గతిక ఘర్షణ బలం సీమాంత ఘర్షణ బలం కంటే తక్కువగా ఉంటుందనే విషయం తెలుస్తుంది.
ఒక తలంపై వస్తువు సమ వేగంతో చలిస్తున్న సందర్భంలో దానిపై పని చేసే ప్రయోగిత బలాన్నే గతిక ఘర్షణ బలం అంటారు.
బీరువాకు బదులు ఒక గుండ్రని వస్తువును తీసుకుంటే ఇద్దరు వ్యక్తుల సహాయంతో దీన్ని సులభంగా దొర్లించవచ్చు. అలా దొర్లే సందర్భంలో వుండే ఘర్షణను దొర్లుడు ఘర్షణ అంటారు. ఇలా దొర్లించేందుకు ఇద్దరు వ్యక్తులు సరిపోతారు. ఈ తరహా ఘర్షణ బలం గతిక ఘర్షణ బలం కంటే తక్కువగా వుంటుంది. అలాగే గతిక ఘర్షణ బలం ఎల్లప్పుడూ సీమాంత ఘర్షణ బలం కంటే తక్కువ.
గుండ్రని వస్తువు ఒక తలంపై దొర్లుతున్న సందర్భంలో దాని కేంద్రం సమవడితో ప్రయాణించేందుకు అవసరమయ్యే ప్రయోగిత బలాన్నే దొర్లుడు ఘర్షణ బలం అంటారు.
అభిలంబ ప్రతిచర్య:
ఒక బల్ల తలంపై ' m ' ద్రవ్యరాశి ఉన్న ఒక దిమ్మె విరామ స్థితిలో ఉంది. దీని భారం ' mg ' క్షితిజ లంబంగా భూమి వైపునకు పని చేస్తుంది. వస్తువుపై ప్రతి స్పర్శా బిందువు వద్ద స్పర్శా బలం పనిచేస్తుంది. దిమ్మె, బల్ల తలానికి మధ్య అనేక స్పర్శా బిందువులు ఉండడం వల్ల అనేక స్పర్శా బలాలు ఈ స్థానాల వద్ద పని చేస్తాయి.
ఈ బలాల ఫలిత బలం స్పర్శాతలానికి లంబ దిశలో ఉర్ధ్వంగా ఉంటుంది. దీన్నే అభిలంబ ప్రతిచర్య అంటారు. ఈ ప్రతిచర్య అన్ని సందర్భాల్లోనూ తలం నుంచి దూరంగా పని చేస్తుంది.
వస్తువు విరామ స్థితిలో ఉంది కాబట్టి ఫలిత బలం = N - mg = 0
N = mg
కాబట్టి అభిలంబ ప్రతిచర్య ఈ సందర్భంలో దాని భారానికి సమానం. అదే వస్తువు 'θ' వాలు కోణం కలిగిన ఒక వాలు తలంపై ఉన్న సందర్భంలో ఫలిత బలం
= N - mg cos θ = 0
N = mg cosθ
స్వర్శాతలం పటం.ఎ లో చూపిన విధంగా బిందు రూపంలో ఉంటే అభిలంబ ప్రతిచర్య N వస్తువుకు లంబంగా ఉంటుంది.
స్వర్శాతలం, వస్తువు రెండూ పటం బి లో చూపిన విధంగా బిందు రూపంలో ఉంటే అభిలంబ ప్రతిచర్య ' N ' వ్యాసార్థం వెంబడి ఉంటుంది.
అభిలంబ ప్రతిచర్య లేని సందర్భంలో ఘర్షణ అనే ప్రశ్న తలెత్తదు.
ఘర్షణ నియమాలు : శాస్త్రవేత్త లియోనార్డో డావిన్సి చేసిన అనేక ప్రయోగాల ద్వారా కొన్ని అనుభవిక నియమాలు రూపొందించాడు. వీటినే ఘర్షణ నియమాలు అంటారు. అవి.
(1) ఘర్షణ బలం స్పర్శాతల వైశాల్యంపై ఆధారపడదు.
(2) ఘర్షణ బలం అభిలంబ ప్రతిచర్యకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
అంటే 'f ' ఘర్షణ బలం, 'N ' అభిలంబ ప్రతిచర్య అయితే f ∝ N.
f = µ N
µ అనేది ఒక స్థిరాంకం. దీన్నే ఘర్షణ స్థిరాంకం అంటారు. కాబట్టి µ = f/N.
ఘర్షణ బలం, అభిలంబ ప్రతిచర్యకు మధ్య ఉన్న నిష్పత్తినే ఘర్షణ గుణకం అంటారు. ఇది నిష్పత్తి కాబట్టి దీనికి ప్రమాణాలు ఉండవు.
పరిగణనలోని స్పర్శా తలాల స్వభావంపై ఘర్షణ గుణకం ఆధారపడుతుంది. తలంపై ఉన్న దుమ్ము, ధూళి కణాల వల్లనూ ఘర్షణ గుణకం ప్రభావితమవుతుంది.
పై నియమాలు కేవలం స్త్థెతిక మరియు గతిక ఘర్షణలకు మాత్రమే వర్తిస్తాయి.
సీమాంత ఘర్షణ బలం fL, అభిలంబ ప్రతిచర్య N అయితే స్త్థెతిక ఘర్షణ గుణకం µs= fL/N గతిక ఘర్షణ బలం fk, అభిలంబ ప్రతిచర్య 'N' అయితే గతిక ఘర్షణ గుణకం µk = fk/n దొర్లుడు ఘర్షణ విషయంలో ఘర్షణ నియమాలు.
(1) స్పర్శాతల వైశాల్యానికి ఘర్షణ బలం అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
పై కారణం వల్లనే గాలి తక్కువగానూ, సైకిల్, మోటారు వాహనాలు చలనం మందకొడిగా ఉంటాయి.
(2) దొర్లుతున్న వస్తువు వ్యాసార్ధం ఎక్కువగా ఉంటే ఘర్షణ తక్కువగా వుంటుంది. అందువల్లనే స్కూటర్లతో పోల్చితే పల్సర్ లాంటి మోటార్ సైకిల్ అధికంగా స్కిడ్ (జారిపోవడం) అవుతాయి.
(3) దొర్లుడు ఘర్షణ బలం fR అభిలంబ ప్రతిచర్య 'N' కు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
అంటే fR α N fR = µRN µR = fR/N
అన్ని సందర్భాల్లోనూ µs > µK > µR.
* అభిలంబ ప్రతిచర్య, సీమాంత ఘర్షణ బలాల ఫలిత సదిశ ''R'' అభిలంబ ప్రతిచర్యతో చేసే కోణాన్ని ఘర్షణ కోణం (θ) అంటారు.
* 'θ' ఘర్షణ కోణం అయితే Tanθ = fL/N = µs. కాబట్టి ఘర్షణ కోణం టాంజెంట్ విలువ స్త్థెతిక ఘర్షణ గుణకానికి సమానం.
* క్షితిజ సమాంతరంగా ఉన్న ఒక గరుకు తలంపై వస్తువు చలనం.
'm' ద్రవ్యరాశి కలిగిన ఒక పుస్తకం గరుకుగా ఉన్న ఒక బల్ల తలంపై ఉంది. దీనిపై క్షితిజ సమాంతర దిశలో 'p' అనే బలం ప్రయోగించారు. అభిలంబ ప్రతిచర్య 'N' క్షితిజ లంబ దిశలో ఉర్ధ్వంగా పని చేస్తే దాని భారం 'mg' అదే దిశలో కిందికి పని చేస్తుంది.
ఈ దిశలో వస్తువుకు ఎటువంటి చలనం ఉండదు కాబట్టి N -mg = 0 N = mg
'p' అనే బలం ప్రయోగించినప్పుడు పుస్తకం 'a' త్వరణంతో చలిస్తుందని భావిస్తే fk దానిపై పని చేసే గతిక ఘర్షణ బలం అయిన సందర్భంలో
ఫలిత బలం = ma = p - fk
(న్యూటన్ రెండో నియమం)
ma = p - µK N ( µK - fK/N )
= p - µkmg.
a = p/m - µkg.
తలం నునుపుగా ఉంటే µk → 0 అవుతుంది. కాబట్టి θ = p/m.
వాలు తలంపై వస్తు చలనం :
'm' ద్రవ్యరాశి గల ఒక రూపాయి బిళ్లను బల్ల పై ఉన్న ఒక పుస్తకం పై ఉంచారు. పుస్తకం ఒక చివరి భాగాన్ని పట్టుకొని నెమ్మదిగా పైకి లేపితే ఏదో ఒక కోణం వద్ద రూపాయి బిళ్లలో చలనం మొదలవుతుంది. ఈ కోణాన్నే ప్రశాంత కోణం అంటారు. వాలు తలంపై వుంచిన వస్తువు ఏ వాలు కోణం వద్ద జారేందుకు సిద్ధంగా వుంటుందో దాన్నే ప్రశాంత కోణం 'α' అంటారు. స్పర్శాతల వైశాల్యం, వస్తువు ద్రవ్యరాశి పైన ఈ కోణం ఆధారపడదు. ఇది కేవలం స్పర్శా తలాల నునుపుదనంపైనే ఆధార పడుతుంది.
పటం నుంచి స్పర్శాతలంనకు లంబంగా పని చేస్తున్న బలాలు N, mg cosα . ఈ రెండింటి ఫలిత బలం
= N - mg cosα = 0 (చలనం వుండదు కాబట్టి)
N - mg cosα
వాలు తలం వెంబడి పని చేస్తున్న ఘర్షణ బలం
fL, mg యొక్క అంశం mg sin α
వీటి ఫలిత బలం = mg sin α - fL
రూపాయి బిళ్ల జారేందుకు సిద్ధంగా వుంది కాబట్టి mg sin α - fL= 0
fL = mg sin α
కాబట్టి స్త్థెతిక ఘర్షణ గుణకం
కాబట్టి ప్రశాంత కోణపు టాంజెంట్ విలువకు స్త్థెతిక ఘర్షణ గుణకం సమానం
వస్తువు కిందికి జారే సందర్భంలో 'α' ప్రశాంత కోణం కంటే వాలు కోణం కచ్చితంగా ఎక్కువ.
రూపాయి బిళ్ల కిందికి జారుతున్న సందర్భంలో వాలు తలానికి లంబ దిశలో పని చేసే బలాలు N,mgcos θ అయితే ఈ దిశలో ఎలాంటి చలనం వుండదు కాబట్టి N - mg cosθ = 0 N = mg cos θ
గతిక ఘర్షణ గుణకం µk అయితే గతిక ఘర్షణ బలం fK= µKN = µK mgcosθ
వాలు తలం వెంబడి పని చేస్తున్న బలాలు fK , mg sin θ కాబట్టి ఈ దిశలో ఫలిత బలం = mg sin θ - fK
వస్తువు 'a' త్వరణంతో కిందికి జారుతున్న సందర్భంలో
ఫలిత బలం = ma = mgsin θ -fK
= mgsinθ - µKN
= mgsin θ- µK mgcos θ
a = gsinθ - µKgcos θ
= g (sinθ - µk cosθ)
నెట్టడం మరియు లాగడం:
ఒక ఇంట్లో ముందు గదిలో ఉన్న 25 కిలోల బియ్యం బస్తాను వంటింట్లోకి మార్చాలని తన పదేళ్ల కుమారుడికి తండ్రి చెప్పాడు. ఆ బాలుడు దాన్ని పైకి ఎత్తడానికి ప్రయత్నించి విఫలమయ్యాడు. దాన్ని తోసిన సందర్భంలోనూ అది సులభంగా ముందుకు కదల్లేదు. ఇది గమనించిన తండ్రి లాగమని చెప్పాడు. అలాగే చేయడం ద్వారా బాలుడు బస్తాని వంట గదిలోకి సులభంగా మార్చాడు. నెట్టినప్పుడు కదలని బస్తా, లాగితే అంత సులభంగా ఎలా కదిలిందని బాలుడు ప్రశ్నించాడు. తండ్రి ఈ కింది విధంగా వివరించాడు.
'm' ద్రవ్యరాశి కలిగిన బస్తా నేలపై ఉంది. దీని భారం 'mg' క్షితిజ లంబంగా కిందికి పని చేస్తుంది. అభిలంబ ప్రతిచర్య 'N' అదే దిశలో పైకి పని చేస్తుంది. బాలుడు 'f' బలంతో 'θ' కోణం దిశలో నెడుతున్నాడు.
'f' రెండు అంశాలుగా f cos θ క్షితిజ సమాంతర దిశలో వుంటే, f sin θ క్షితిజ లంబ దిశలో కిందికి వుంటుంది.
కాబట్టి క్షితిజ లంబ దిశలో ఫలిత బలం = 0
N - mg - fsin θ =0
N = mg + fsin θ
ఈ సందర్భంలో గతిక ఘర్షణ బలం
Fk= µkN
= µk (mg+ f sin θ) → (1)
వస్తువు క్షితిజ సమాంతర దిశలో చలించేందుకు కావలసిన ఫలిత బలం = f cos θ - Fk
ఫలిత బలం = Fcos θ - µk (mg + F sin θ )
= Fcos θ - µk mg - fsin θ µk→ (2)
II) లాగుతున్న సందర్భంలో
F ను రెండు అంశాలుగా విభజిస్తే F cos θ క్షితిజ సమాంతర దిశలో, F sin θ క్షితిజ లంబ దిశలో పైకి వుంటుంది. కాబట్టి
క్షితిజ లంబ దిశలో ఫలిత బలం = N - mg+ F sin θ =0
N= mg - F sin θ
= µk ( mg - f sin θ) → (3)
క్షితిజ సమాంతర దిశలో చలించేందుకు కావలసిన
ఫలిత బలం = F cos θ - Fk
ఫలిత బలం = F cos θ µkN
f cos θ - µk (mg - Fsin θ)
= F cos θ - µk mg + µk F sin θ → (4)
(1), (3) సమీకరణాల నుంచి లాగుతున్న సందర్భంలో కంటే నెడుతున్న సందర్భంలోనే ఘర్షణ బలం ఎక్కువ. ఫలిత బలం తక్కువ కావటం వల్ల బస్తా సులభంగా కదల్లేదు. కాబట్టి నెట్టడం కంటే లాగడం సులభం. లాన్ రోలర్ వంటి గుండ్రని వస్తువుల విషయంలో µk ను µR గా మార్చాలి.
ద్రవాలు, వాయువుల విషయంలో దీన్నే స్నిగ్థతా బలం అంటారు.