Hata wakati wa miaka ya shule, katika darasa la saba au la nane, kila mtu hufahamiana na dhana mpya ya fizikia inayobadilika - msuguano. Walakini, wengi, wakiwa wamekomaa, husahau msuguano ni nini na jinsi nguvu hii inavyofanya kazi. Hebu tujaribu kuelewa mada hii.
Ufafanuzi wa dhana
Msuguano ni jambo ambalo lina maana ifuatayo: wakati miili miwili inapogusana, mwingiliano maalum huundwa mahali pa mgusano wao, kuzuia miili kuendelea kusonga kwa jamaa. Ni wazi kwamba inawezekana kuhesabu thamani ya mwingiliano wa miili hii. Nguvu ya msuguano inaashiria mwingiliano huu kwa kiasi. Ikiwa msuguano hutokea kati ya miili migumu (kwa mfano, mwingiliano wa kitabu na rafu ya vitabu au tufaha lenye meza), basi mwingiliano huu unaitwa msuguano mkavu.
Inapaswa kueleweka kuwa msuguano ni nguvu ambayo ina asili ya sumakuumeme. Hii ina maana kwamba chanzo cha nguvu hii ni mwingiliano kati ya chembe zinazounda mwili huu au ule.
Msuguano ni nini?
Kutokana na anuwai ya bidhaa zilizopo katika ulimwengu wetu, unawezakuamua kwamba kila mmoja wao ana muundo wake na ana mali ya mtu binafsi. Hii inamaanisha kuwa mwingiliano kati ya vitu tofauti utakuwa tofauti. Kwa ufahamu sahihi wa kiini na suluhisho linalofaa la shida nyingi katika fizikia, ni kawaida kutenganisha aina tatu za msuguano. Kwa hivyo, hebu tuchanganue kila moja tofauti:
- Msuguano wa kwanza ni msuguano tuli ambao hutokea wakati hakuna msogeo wa jamaa wa miili miwili. Tunaweza kuona mifano yake kila mahali, kwa sababu nguvu inayotokana na msuguano huu huweka vitu kwa usawa. Kwa mfano, bidhaa kwenye mkanda wa kusafirisha mizigo, msumari uliopigiliwa ukutani, au mtu aliyesimama sakafuni.
- Msuguano wa kuteleza kwa masharti ni msuguano wa pili. Thamani ya kuteleza inafafanuliwa kama ifuatavyo: nguvu inapotumika kwa mwili katika usawa ambao ni mkubwa kuliko nguvu tuli ya msuguano, nguvu ya msuguano wa kuteleza huanza kutenda, na mwili unasonga.
- Na mwishowe, msuguano unaozunguka, ambao unaelezea mwingiliano wa miili miwili, ambayo moja inazunguka juu ya uso wa nyingine. Tofauti katika msuguano wa rolling na sliding inaelezewa na ukweli kwamba kwa harakati yoyote, maeneo ya mwili yanahamishwa kwa urefu wa uso wa mawasiliano, na badala ya vifungo vya intermolecular vilivyovunjika, mpya huundwa. Na katika kesi wakati gurudumu linazunguka bila kuteleza, vifungo vya Masi huvunja kwa kasi zaidi wakati sehemu za gurudumu zimeinuliwa kuliko wakati wa kuteleza. Inabadilika kuwa nguvu ya msuguano unaoviringika ni chini ya nguvu ya kuteleza.
Msuguano unaweza kutumika wapi na vipi?
Msuguano nijambo lisiloweza kubadilishwa, ambalo bila ambayo hatungeweza kufanya mambo ya msingi: kutembea, kukaa, au kushikilia tu vitu mikononi mwetu. Kwa hiyo, usidharau umuhimu wa msuguano. Kama vile mwanafizikia Mfaransa Guillaume alisema: "Kama kusingekuwa na msuguano, Dunia yetu ingekuwa bila ukali hata mmoja, ingekuwa kama tone la kioevu."
Labda mfano bora unaobainisha msuguano kwa usahihi zaidi ni utendakazi wa gurudumu. Hata katika nyakati za zamani, iligunduliwa kuwa nguvu za msuguano wa kusonga ni kidogo sana kuliko nguvu za msuguano wa kuteleza. Ilikuwa ni faida zisizoweza kupingwa za msuguano wa rolling ambao ulisababisha watu kuweka magogo au rollers kusongesha mizigo mizito na mikubwa. Baada ya muda, watu waliboresha ujuzi wao wa mali ya kushangaza ya msuguano wa rolling, waliona harakati za vitu chini ya ushawishi wa nguvu za msuguano, na hatimaye zuliwa gurudumu! Katika ulimwengu wa kisasa, haiwezekani kufikiria maisha bila sehemu hizi zisizoweza kubadilishwa, kwa sababu magurudumu ni "injini" ya pili ya usafiri wowote!
Jinsi ya kukokotoa thamani ya nguvu ya msuguano?
Kama nguvu nyingine yoyote, nguvu ya msuguano ina maadili kamili. Ili kuamua kwa usahihi ni kiasi gani cha nguvu kinachohitajika kwa harakati au aina nyingine za kazi, ni muhimu kuhesabu nguvu ya msuguano wa tuli. Kwa kawaida wahandisi hufanya hivyo wakati, kwa mfano, wanapojenga viwanda au kuvumbua vifaa vipya. Walakini, hata watoto wa shule wa kawaida wanakabiliwa na kazi fulani ambapo inahitajika kuhesabu nguvu ya msuguano. Kwa hivyo kuhesabuthamani, unahitaji tu kutumia fomula rahisi: Ffriction=KN, ambapo k ni mgawo wa msuguano. Thamani ya coefficients yote inategemea uso wa kitu ambacho mwili husogea au kuingiliana. "N" katika fomula yetu inamaanisha nguvu ya athari ya msaada kwenye mwili. Inategemea hasa uzito wa mwili ambao umegusana na sehemu ya juu ya usaidizi.
Hesabu thamani ya nguvu kwenye tatizo
Chukua uzito wa m=kilo 3 uko kwenye ubao mlalo. Mgawo wa msuguano kati ya bodi ya mbao na mwili ni 0.3 Jinsi ya kupata thamani ya nguvu ya msuguano? Ni rahisi sana, unachohitaji kufanya ni kuunganisha maadili yetu kwenye fomula. Unahitaji tu kuzingatia kwamba N katika kesi hii ni sawa na uzito wa mwili (kulingana na sheria ya 3 ya Newton). Kwa hivyo, nguvu inayotakiwa ni (mg)k=(3 kg10 m/s2)0, 3=9 H.
