Statik ve kinetik sürtünme kuvveti arasındaki fark nedir?

Sürtünme kuvveti cisimler dururken de hareket ederken de etkilidir. Statik ve kinetik sürtünme kuvvetinin farkı statik olanın cisim dururken, kinetik olanın cisim hareket ederken uygulanmasıdır. Statik duran, kinetik hareket eden demektir.

Statik Sürtünme Kuvveti

Statik sürtünme sayesinde bir cisim bir yüzey üstünde kaymadan durur. Statik sürtünme kuvveti uygulanan kuvvete eşit ve zıt yönlüdür. Etki -tepki ilkesini hatırlayın. Yerde duran tahta bir kutuyu düşünelim. Aslında kutuyu hiç itmezseniz, sürtünme kuvveti de uygulanmaz. Ama itmeye başlarsanız sizin uyguladığınıza zıt yönde sürtünme kuvveti uygulanmaya başlar. Hareket etmeyen bir cismin dengelenmiş kuvvetlerin etkisinde olduğunu, Eylemsizlik ilkesini hatırlayalım. Cisim hareket etmediği için sürtünme kuvveti, bizim uyguladığımız kuvveti dengelemek zorunda. Öyleyse, eğer uyguladığımız kuvvet kutuyu hareket ettirmeye yeterli değilse, sürtünme kuvvetinin büyüklüğü bizim uyguladığımız kuvvete eşittir. Yani statik sürtünme kuvveti, cisme belli bir değere kadar uyguladığınız kuvvete denk bir kuvvetle ama zıt yöne doğru başka bir kuvvet uygular.

Kinetik Sürtünme Kuvveti

Eğer tahta kutuya yeterince kuvvet uygularsanız, statik sürtünme kuvvetini alt edip cismi hareket ettirmeye başlayabilirsiniz. Cisim hareket ederken de sürtünme kuvveti hala uygulanmaktadır. Çünkü yüzeyler birbirine temas etmeye devam etmektedir. Kinetik sürtünme kuvveti (kinetik hareket eden demektir), hareket yönünün zıt yönüne doğrudur. Yani kinetik sürtünme kuvveti harekete direnir.

Kinetik sürtünme kuvvetinin büyüklüğü hep sabit kalır, cisim harekete geçtikten sonra değişmez. Kinetik sürtünme nedeniyle hareket eden bir cisme kuvvet uygulamaya son verilirse cisim yavaşlar ve durur.

Genellikle, kinetik sürtünme kuvvetinin büyüklüğü, statik sürtünme kuvvetine göre daha küçüktür. Bu yüzden çoğu zaman bir şeyi harekete geçirmek, harekete devam ettirmekten daha zor olur. Harekete geçirebilmek için statik sürtünme kuvvetini aşmanız gerekir. Hareketi devam ettirebilmek içinse kinetik sürtünme kuvvetini aşmanız gerekir.

• Statik sürtünme katsayısı µ_s, kinetik sürtünme katsayısı µ_k ile gösterilir. Her zaman µ_s > µ_k dir.
• Statik sürtünme kuvveti F_s = µ_sN formülüyle,
• Kinetik sürtünme kuvveti F_k = µ_kN formülüyle hesaplanır.

N yüzeyin uyguladığı normal kuvvetidir.

Yukarıdaki grafik uygulanan kuvvete göre statik ve kinetik sürtünme kuvvetinin nasıl değiştiğini gösteriyor.

Grafikte cisim hareket etmeyene kadar statik sürtünme kuvvetinin etkidiği ve uygulanan kuvvete eşit olduğu görülüyor. Cisim harekete geçtiği anda birden azalıyor ve sabit bir değer alıyor, kinetik sürtünme kuvveti uygulanmaya başlıyor, uygulanan kuvvet artsa da sürtünme kuvveti değişmiyor.

Örnek Soru: Sürtünme kuvvetinin hesaplanması

Sürtünmeli bir yüzeyde duran 4 kg kütleli bir cisim ile yüzeyin arasındaki sürtünme katsayısı 0.3 ise bu cismi harekete geçirmek için gereken en az kuvvet kaç N olmalıdır? (g = 10 m/s²)

Çözüm:

Soru bize statik mi kinetik mi sürtünme kullanacağımızı doğrudan söylememiş. Ama cisim durduğu için statik sürtünmeden bahsedildiğini anlıyoruz. Yüzeyin uyguladığı normal kuvveti cismin ağırlığına eşittir, yani N = mg.

\vec{f}_{s} = \mu N \space, N = mg \vec{f}_{s} = 0.3 \times 4 \space kg \times 10 \space m/s^2 = 12 \space N

Yani 12 Newton’dan çok az daha büyük bir kuvvet cismi harekete geçirebilir.

Statik ve Kinetik Sürtünme kuvveti ile ilgili Fizik dersi Kazanımları

9.3.4.1. Sürtünme kuvvetinin bağlı olduğu değişkenleri analiz eder.

• Öğrencilerin deney yaparak veya simülasyonlardan elde ettiği verilerden çıkarım yapmaları ve değişkenler arasındaki ilişkiyi belirlemeleri sağlanır.
• Statik ve kinetik sürtünme kuvvetlerinin karşılaştırılması sağlanır.
• Serbest cisim diyagramları üzerinde sürtünme kuvvetinin gösterilmesi sağlanır.
• Sürtünme kuvvetinin matematiksel modeli verilir. Matematiksel hesaplamalara girilmez.
• Sürtünme kuvvetinin günlük hayattaki avantaj ve dezavantajlarına örnekler verilmesi sağlanır.
• Kayarak ve dönerek ilerleyen cisimlerde sürtünme kuvvetinin yönü, örnekler üzerinden açıklanır.

Statik ve Kinetik Sürtünme kuvveti ile ilgili MEB ve EBA Testleri

• Kuvvet ve Hareket Test 12 (2018)