Kitka on voima, joka vastustaa kohteen liikettä. Liikkuvan kohteen pysäyttämiseksi voiman on vaikutettava liikesuuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan. Jos esimerkiksi työnnät lattialla makaavaa palloa, se liikkuu. Työntövoima siirtää sen toiseen paikkaan. Vähitellen pallo hidastuu ja pysähtyy. Voimaa, joka vastustaa esineen liikettä, kutsutaan kitkaksi. Luonnossa ja tekniikassa on v altava määrä esimerkkejä tämän voiman soveltamisesta.
kitkatyypit
Kitkaa on erilaisia:
Jäällä liikkuva luistimen terä on esimerkki liukastumisesta. Kun luistelija liikkuu kaukalolla, luistimien pohja koskettaa lattiaa. Kitkan lähde on terän pinnan ja jään välinen kosketus. Kohteen paino ja pinnan tyyppi, jolla se liikkuu, määräävätliukumisen (kitkan) määrä kahden kohteen välillä. Raskas esine kohdistaa enemmän painetta pintaan, jonka yli se liukuu, joten liukukitkaa on enemmän. Koska kitka johtuu esineiden pintojen välisistä vetovoimista, kitkan määrä riippuu kahden vuorovaikutuksessa olevan kohteen materiaaleista. Kokeile luistelua sileällä järvellä, niin se on paljon helpompaa kuin luisteleminen epätasaisella soratiellä
- Lepokitka (koheesio) - voima, joka esiintyy 2 koskettavan kappaleen välillä ja estää liikkeen esiintymisen. Esimerkiksi, jos haluat siirtää kaappia, vasaralla nauloja tai solmia kengännauhoja, sinun on voitettava tartuntavoima. Luonnossa ja tekniikassa on monia samanlaisia esimerkkejä kitkasta.
- Kun ajat pyörällä, pyörän ja tien välinen kosketus on esimerkki vierintäkitkasta. Kun esine rullaa pinnalla, vierintäkitkan voittamiseksi tarvittava voima on paljon pienempi kuin liukumisen voittamiseksi tarvittava voima.
Kineettinen kitka
Kun työnsit kirjaa pöydälle ja se siirtyi tietyn matkan, se koki liikkuvien esineiden kitkaa. Tätä voimaa kutsutaan kineettiseksi kitkavoimaksi. Se vaikuttaa toiseen pintaan, kun kaksi pintaa hankaa toisiaan vasten, koska toinen tai molemmat pinnat liikkuvat. Jos laitat lisää kirjoja ensimmäisen kirjan päälle normaalivoiman lisäämiseksi, kineettinen kitkavoima onlisää.
Siellä on seuraava kaava: Fkitka=ΜFn. Kineettinen kitkavoima on yhtä suuri kuin kineettisen kitkakertoimen ja normaalivoiman tulo. Näiden kahden voiman välillä on lineaarinen suhde. Kineettinen kitkakerroin suhteuttaa kitkavoiman normaalivoimaan. Koska se on voima, sen mittausyksikkö on Newton.
Staattinen kitka
Kuvittele, että yrität työntää sohvaa lattian poikki. Painat sitä pienellä voimalla, mutta se ei liiku. Staattinen kitkavoima toimii vasteena voimalle yrittäen aiheuttaa liikkumattoman kohteen liikettä. Jos esineeseen ei kohdistu tällaista voimaa, staattinen kitkavoima on nolla. Jos voima yrittää aiheuttaa liikettä, toinen voima kasvaa maksimiarvoonsa ennen kuin se voitetaan, ja liike alkaa.
Tämän näkymän kaava: Fkitka=ΜsFn. Staattinen kitkavoima on pienempi tai yhtä suuri kuin staattisen kitkakertoimen Μ (s) ja normaalivoiman F (n) tulo. Sohvaesimerkissä suurin staattinen kitkavoima tasapainottaa sitä työntävän henkilön voimaa, kunnes sohva alkaa liikkua.
Kitkakertoimien mittaaminen
Mikä määrittää kitkavoiman? Luonnossa ja tekniikassa materiaaleilla, joista pinnat valmistetaan, on tietty rooli. Kuvittele esimerkiksi, että yrität pelata koripalloa, kun käytät sukkia urheilukenkien sijaan. Se saattaaheikentää merkittävästi voittomahdollisuuksiasi. Kenkä auttaa tarjoamaan tarvittavan tehon jarrutukseen ja suunnan vaihtamiseen nopeasti ajettaessa pinnalla. Kenkien ja koripallokentän välillä on enemmän kitkaa kuin sukkien ja kiillotetun puulattian välillä.
Eri kertoimet osoittavat, kuinka helposti yksi esine voi liukua toisen yli. Niiden tarkat mittaukset ovat melko herkkiä pintaolosuhteille ja ne määritetään kokeellisesti. Märät pinnat käyttäytyvät hyvin eri tavalla kuin kuivat pinnat.
Fysiikka: kitkavoima luonnossa ja tekniikassa
Koet kitkaa koko ajan ja sinun pitäisi olla iloinen, että se on mahdollista. Juuri tämä voima auttaa pitämään paikallaan olevat esineet paikoillaan, eikä ihminen putoa kävellessään. Mikä on kitka? Luonnosta ja tekniikasta löytyy esimerkkejä joka askeleelta. Et ehkä ymmärrä sitä, mutta tunnet tämän voiman jo hyvin. Se tapahtuu liikkeen vastakkaiseen suuntaan, ja tämän vuoksi se on voima, joka vaikuttaa esineiden liikkeisiin.
Kun siirrät laatikkoa lattian poikki, kitka toimii laatikkoa vasten laatikon vastakkaiseen suuntaan. Kun kävelet alas vuorelta, kitka toimii alaspäin suuntautuvaa liikettäsi vastaan. Kun jarrutat autossa ja jatkat liikkeessä jonkin aikaa, kitka toimii liukusuuntaasi vastaan, mikä auttaa lopulta pysäyttämään luiston kokonaan.
Kun kaksi esinettä "hankaa" toisiinsa, voimat asettuvatvetovoima esineen molekyylien välillä, mikä aiheuttaa kitkaa. Luonnossa ja tekniikassa se voi esiintyä melkein minkä tahansa aineen faasien välillä - kiinteiden aineiden, nesteiden ja kaasujen välillä. Kitkaa esiintyy kahden kohteen, kuten laatikon ja lattian, välillä, mutta sitä voi esiintyä myös kalojen ja veden välillä, jossa ne uivat, sekä ilmaan putoavien esineiden välillä. Ilman aiheuttamalla kitkalla on erityinen nimi: ilmanvastus.
Kitkan rooli luonnossa, tekniikassa, elämässä
Kitka on olennainen osa ihmisen kokemusta. Tarvitsemme vetovoimaa kävellä, seistä, työskennellä ja ajaa. Samalla tarvitsemme energiaa voittamaan liikevastuksen, joten liiallinen kitka vaatii ylimääräistä energiaa työn tekemiseen, mikä johtaa tehottomuuteen. 2000-luvulla ihmiskunta kohtaa kaksinkertaisen haasteen: energiapula ja fossiilisten polttoaineiden polttamisesta johtuva ilmaston lämpeneminen. Täten kyvystä hallita kitkaa on tullut ensisijainen tavoite nykymaailmassa, mutta monet eivät vieläkään ymmärrä kitkan perustavanlaatuista luonnetta.
kitka luonnossa ja tekniikassa (fysiikka) on aina ollut uteliaisuuden aihe. Tämän voiman alkuperän intensiivinen tutkimus alkoi 1500-luvulla Leonardo da Vincin uraauurtavan työn jälkeen. Eteneminen sen luonteen ymmärtämisessä on kuitenkin ollut hidasta, mitä haittaa tarkan mittauksen instrumentin puute. Tiedemies Coulombin ja muiden tekemät nerokkaat kokeet ovat antaneet tärkeitä tietoja ymmärryksen perustaksi. Alkaa 1800-luvun lopulla ja alussaHöyrykoneet, veturit ja sitten lentokoneet ilmestyivät 1900-luvulla. Lisäksi avaruustutkimus vaatii selkeää ymmärrystä kitkasta ja kykyä hallita sitä.
Yrityksen ja erehdyksen kautta on tapahtunut merkittävää edistystä kitkan soveltamisessa ja hallinnassa luontotekniikassa, jokapäiväisessä elämässä. 2000-luvun alussa syntyi nanomittakaavan kitkan uusi ulottuvuus nanoteknologioiden käytön ansiosta. Ihmisten ymmärrys atomi- ja molekyylikitkasta laajenee nopeasti. Nykyään energiatehokkuus ja uusiutuvan energian tuotanto vaativat välitöntä huomiota tieteen pyrkiessä vähentämään hiilidioksidipäästöjä. Kyky hallita kitkaa on tärkeä askel kestävän teknologian etsinnässä. Se on energiatehokkuuden indikaattori. Jos on mahdollista vähentää tarpeettomia energiahäviöitä ja lisätä nykyistä energiatehokkuutta, tämä antaa aikaa vaihtoehtoisten energialähteiden kehittämiseen.
Esimerkkejä elämän kitkasta
Kitka on voima, joka on resistiivinen. Se estää toisen kohteen liikkumista kohdistamalla voimaa. Mutta mistä tämä voima tulee? Ensinnäkin kannattaa alkaa pohtimaan sitä molekyylitasolta. Arjessa näkemämme kitka voi johtua pinnan karheudesta. Tätä tiedemiehet uskoivat pitkään olevan tärkein syy sen ilmestymiseen.
Yksinkertaisimmat esimerkit kitkasta luonnossa ja tekniikassa ovat seuraavat:
- Käveltäessä kitka pakottaa senvaikuttaa pohjaan, antaa meille mahdollisuuden siirtyä eteenpäin.
- Seinää vasten nojaavat tikkaat eivät putoa lattialle.
- Ihmiset sitovat kengännauhojaan.
- Ilman kitkavoimaa autot eivät voisi ajaa paitsi ylämäkeen myös tasaisella tiellä.
- Luonnossa se auttaa eläimiä kiipeämään puihin.
Tällaisia kohtia on monia, on myös tapauksia, joissa tämä voima päinvastoin voi häiritä. Esimerkiksi kitkan vähentämiseksi kaloille annetaan erityistä voiteluainetta, jonka ansiosta ne voivat virtaviivaisen vartalon muodon lisäksi liikkua vedessä sujuvasti.
