Сырғанау үйкелісінің заңдары

Бір денені екінші бір дене бетімен қозғалтқан кезде денелердің жанасу жазықтығында олардың салыстырмалы сырғанауына кедергі күш пайда болатыны бізге белгілі. Бұл күшті сырғанау үйкелісінің күші дейді.

Мұндай күштердің пайда болуына себепші қысым мен жанасушы беттердің кедір-бұдырлылығы және үйкелісетін денелердің жанасу беттерінде пайда болатын ілінісу күші. Сондықтан, кедір-бұдырлы беттің реакция күші () екі құраушыдан тұрады: үйкелісетін денелердің жанасу беттеріне ортақ нормаль бойымен бағытталатын () нормаль реакция және жанама өс бойымен дене қозғалысына қарсы бағытталатын () сырғанау үйкелісінің күші (1.24 сурет).

Үйкеліс құбылысының барлық ерекшелігін зерттеу теориялық механика курсынан тыс жататын күрделі физика-математикалық мәселе.

Инженерлік есептеулерде үйкеліс құбылысының негізгі ерекшеліктерін сипаттайтын тәжірибелік жолмен алынған заңдылықтарды қолданады.

Теоретиялық механикада үйкелісетін денелер арасындағы құрғақ үйкеліс қарастырылады.Майланбаған жанасушы беттер арасындағы үйкелісті құрғақ үйкеліс дейді. Құрғақ үйкеліс кезінде тыныштықтағы және қозғалыстағы сырғанау үйкелісітерін ажыратады. Тыныштықтағы сырғанау үйкелісі тек актив күштерге тәуелді болады.

Құрғақ үйкелісті зерттеген және оның негізгі заңдылықтарын тағайындаған француз инженері Кулон болды. Бұл заңдылықтар үйкелісетін беттердің кедір-бұдырлығы үлкен емес және олар бірін бірі майыстырмайтын кезде ғана орын алады. Кулон заңдарын схемасы 1.25 суретте келтірілген қондырғыда тәжірибе жасау арқылы алуға болады. Суретте бейнеленген Р денесі тепе-теңдікте болғанда мына теңдеулер орындалады:

мұндағы – керілу күші, – нормаль реакция, – жүктің ауырлық күші, – сырғанау үйкелісінің күші. Бұл теңдеулерден тепе-теңдік кезінде , ал болады. Т керілу күшінің сан шамасы Q жүгінің ауырлық күшіне тең екенін ескерсек, Q жүгінің ауырлық күші өскен сайын керілу күшінің өсетінін, демек үйкеліс күшінің де өсетінін көреміз. Q жүгінің ауырлық күшін жайлап өсірсек тепе-теңдік бұзылып, Р жүгі қозғалатын жағдайға келеміз. Сонда үйкеліс күші кейде шектік үйкеліс күші деп аталатын өзінің максимал мәніне жетеді. Енді нормаль қысым күшін өзгерткенде күшінің қалай өзгеретінін зерттеуге болады. Осы тәжірибенің көмегімен күшінің жанасушы жазықтықтардың ауданына, олардың материалына және өңделу дәрежесіне де тәуелділігін анықтауға болады.

Осылай алынған тыныштықтағы сырғанау үйкелісінің заңдылықтарын былай тұжырымдауға болады:

1. Бір денені екінші бір дене бетімен қозғауға әрекет жасағанда олардың жанасу бетінде нөлден өзінің максимал мәнінің арасында өзгере алатын үйкеліс күші пайда болады, яғни

. (1.6.1)

2. Үйкеліс күшінің максимал мәні нормаль қысымға тура пропорционал, яғни

, (1.6.2)

мұндағы өлшем бірлігі жоқ f₀ коэффициенті сырғанау үйкелісінің статикалық коэффициенті деп аталады.

3. Сырғанау үйкелісінің статикалық коэффициентіүйкелісетін денелердің затына және жанасушы беттердің өңделуі мен физикалық күйіне (температурасына, ылғалдылығына және т. б.) тәуелді. Оның шамасы арнайы тәжірибелер жасау арқылы анықталады және техникалық анықтамаларда келтіріледі.

4. Үйкеліс күшінің максимал мәні үйкелісетін денелердің жанасушы беттерінің ауданына тәуелсіз.

Осы заңдылықтардан сырғанау үйкелісі әсер ететін дене тепе-теңдікте болу үшін мынадай қосымша тепе-теңдік шартының орындалуы қажет екен:

. (1.6.3)