Kila mwanafunzi anajua kwamba kunapokuwa na mgusano kati ya nyuso mbili thabiti, kinachojulikana kama nguvu ya msuguano hutokea. Hebu tuzingatie katika makala hii ni nini, tukizingatia hatua ya matumizi ya nguvu ya msuguano.
Kuna aina gani za nguvu za msuguano?
Kabla ya kuzingatia hatua ya matumizi ya nguvu ya msuguano, ni muhimu kukumbuka kwa ufupi ni aina gani za msuguano zilizopo katika asili na teknolojia.
Hebu tuanze kuzingatia msuguano tuli. Aina hii ni sifa ya hali ya mwili dhabiti kupumzika kwenye uso fulani. Msuguano wa kupumzika huzuia kuhamishwa kwa mwili kutoka kwa hali yake ya kupumzika. Kwa mfano, kutokana na hatua ya nguvu hii hii, ni vigumu kwetu kusogeza baraza la mawaziri lililosimama sakafuni.
Msuguano wa kuteleza ni aina nyingine ya msuguano. Inajidhihirisha katika kesi ya kuwasiliana kati ya nyuso mbili zinazoteleza kwa kila mmoja. Msuguano wa kupiga sliding hupinga mwendo (mwelekeo wa nguvu ya msuguano ni kinyume na kasi ya mwili). Mfano wa kuvutia wa uchezaji wake ni mwanatelezi au mtelezaji anateleza kwenye barafu kwenye theluji.
Mwishowe, aina ya tatu ya msuguano inazunguka. Daima huwa wakati mwili mmoja unapozunguka kwenye uso wa mwingine. Kwa mfano, kuviringishwa kwa gurudumu au fani ni mifano kuu ambapo msuguano wa kukunja ni muhimu.
Aina mbili za kwanza kati ya zilizoelezwa hutokana na ukali kwenye nyuso za kusugua. Aina ya tatu inatokana na mabadiliko ya hali ya hewa ya mwili unaoviringishwa.
Njia za utumiaji wa nguvu za kuteleza na kupumzika
Ilisemekana hapo juu kuwa msuguano tuli huzuia nguvu tendaji ya nje, ambayo huwa na mwelekeo wa kusogeza kitu kwenye uso wa mguso. Hii ina maana kwamba mwelekeo wa nguvu ya msuguano ni kinyume na mwelekeo wa nguvu ya nje sambamba na uso. Sehemu ya matumizi ya nguvu inayozingatiwa ya msuguano iko katika eneo la mawasiliano kati ya nyuso mbili.
Ni muhimu kuelewa kwamba nguvu tuli ya msuguano sio thamani inayobadilika. Ina thamani ya juu zaidi, ambayo inakokotolewa kwa kutumia fomula ifuatayo:
Ft=µtN.
Hata hivyo, thamani hii ya juu zaidi inaonekana tu wakati mwili unapoanza harakati zake. Katika hali nyingine yoyote, nguvu tuli ya msuguano ni sawa kabisa katika thamani kamili na uso sambamba wa nguvu ya nje.
Kuhusu hatua ya matumizi ya nguvu ya msuguano wa kuteleza, haina tofauti na ile ya msuguano tuli. Kuzungumza juu ya tofauti kati ya msuguano tuli na wa kuteleza, umuhimu kamili wa nguvu hizi unapaswa kuzingatiwa. Kwa hivyo, nguvu ya msuguano wa sliding kwa jozi fulani ya vifaa ni thamani ya mara kwa mara. Kwa kuongeza, daima ni chini ya nguvu ya juu zaidi ya msuguano tuli.
Kama unavyoona, hatua ya matumizi ya nguvu za msuguano haiwiani na kitovu cha mvuto wa mwili. Hii ina maana kwamba nguvu zinazozingatiwa huunda muda unaoelekea kupindua mwili wa kuteleza mbele. La mwisho linaweza kuzingatiwa wakati mwendesha baiskeli anapofunga breki ngumu kwa gurudumu la mbele.
Msuguano unaoendelea na sehemu yake ya matumizi
Kwa kuwa sababu halisi ya msuguano wa kubingiria ni tofauti na ile ya aina za msuguano uliojadiliwa hapo juu, hatua ya matumizi ya nguvu ya msuguano ina tabia tofauti kidogo.
Chukulia kuwa gurudumu la gari liko kwenye lami. Ni dhahiri kwamba gurudumu hili limeharibika. Eneo la mawasiliano yake na lami ni sawa na 2dl, ambapo l ni upana wa gurudumu, 2d ni urefu wa mawasiliano ya kando ya gurudumu na lami. Nguvu ya msuguano wa rolling, katika asili yake ya kimwili, inajidhihirisha kwa namna ya wakati wa majibu ya msaada unaoelekezwa dhidi ya mzunguko wa gurudumu. Muda huu umehesabiwa kama ifuatavyo:
M=Nd
Ikiwa tutaigawanya na kuizidisha kwa radius ya gurudumu R, basi tunapata:
M=Nd/RR=FtR ambapo Ft=Nd/R
Kwa hivyo, nguvu ya msuguano inayobingirika Ft kwa hakika ni mwitikio wa usaidizi, na kuunda muda wa nguvu ambao huelekea kupunguza kasi ya kuzunguka kwa gurudumu.
Njia ya matumizi ya nguvu hii inaelekezwa kiwima juu ikilinganishwa na uso wa ndege na inahamishwa hadi kulia kutoka katikati ya wingi kwa d (ikizingatiwa kuwa gurudumu linasogea kutoka kushoto kwenda kulia).
Mfano wa utatuzi wa matatizo
Kitendonguvu ya msuguano wa aina yoyote huelekea kupunguza mwendo wa mitambo ya miili, huku ikigeuza nishati yao ya kinetic kuwa joto. Hebu tutatue tatizo lifuatalo:
upau slaidi kwenye uso ulioinama. Inahitajika kuhesabu kasi ya harakati zake ikiwa inajulikana kuwa mgawo wa kuteleza ni 0.35, na angle ya mwelekeo wa uso ni 35 o.
Hebu tuzingatie ni nguvu gani hutenda kwenye upau. Kwanza, sehemu ya mvuto inaelekezwa chini pamoja na uso wa sliding. Ni sawa na:
F=mgdhambi(α)
Pili, nguvu ya msuguano ya mara kwa mara hupanda juu kando ya ndege, ambayo inaelekezwa dhidi ya vekta ya kuongeza kasi ya mwili. Inaweza kubainishwa na fomula:
Ft=µtN=µtmgcos (α)
Kisha sheria ya Newton ya baa inayosogea kwa kuongeza kasi a itachukua fomu:
ma=mgdhambi(α) - µtmgcos(α)=>
a=gdhambi(α) - µtgcos(α)
Kubadilisha data katika usawa, tunapata kuwa=2.81 m/s2. Kumbuka kuwa uongezaji kasi uliopatikana hautegemei wingi wa upau.
