Msuguano ni mchakato wa kimaumbile ambao bila hiyo harakati za ulimwengu wetu hazingeweza kuwepo. Katika fizikia, kuhesabu thamani kamili ya nguvu ya msuguano, ni muhimu kujua mgawo maalum kwa nyuso za kusugua zinazozingatiwa. Jinsi ya kupata mgawo wa msuguano? Makala haya yatajibu swali hili.
Msuguano katika fizikia
Kabla ya kujibu swali la jinsi ya kupata mgawo wa msuguano, ni muhimu kuzingatia ni nini msuguano na unaonyeshwa na nguvu gani.
Katika fizikia, kuna aina tatu za mchakato huu unaotokea kati ya vitu vigumu. Huu ni msuguano wa kupumzika, kuteleza na kusonga mbele. Msuguano daima hutokea wakati nguvu ya nje inajaribu kusonga kitu. Msuguano wa kuteleza, kama jina linavyopendekeza, hutokea wakati uso mmoja unapoteleza juu ya mwingine. Hatimaye, msuguano wa kubingirika hutokea wakati kitu cha mviringo (gurudumu, mpira) kinaviringishwa kwenye sehemu fulani ya uso.
Kile aina zote zinafanana ni ukweli kwamba zinazuia mtu yeyoteharakati na hatua ya matumizi ya nguvu zao iko katika eneo la mawasiliano kati ya nyuso za vitu viwili. Pia, aina hizi zote hubadilisha nishati ya mitambo kuwa joto.
Nguvu za msuguano wa kuteleza na tuli husababishwa na ukwaru wa hadubini kwenye nyuso zinazosugua. Aidha, aina hizi hutokana na dipole-dipole na aina nyingine za mwingiliano kati ya atomi na molekuli zinazounda miili ya kusugua.
Sababu ya msuguano wa kubingirika inahusiana na msisimko wa mgeuko nyumbufu unaoonekana kwenye sehemu ya mguso kati ya kitu kinachoviringishwa na uso.
Nguvu ya msuguano na mgawo wa msuguano
Aina zote tatu za nguvu za msuguano thabiti hufafanuliwa kwa misemo ambayo ina umbo sawa. Huyu hapa:
Ft=µtN.
Hapa N ni nguvu inayofanya kazi kwa usawa kwenye uso kwenye mwili. Inaitwa majibu ya usaidizi. Thamani µt- inaitwa mgawo wa aina inayolingana ya msuguano.
Migawo ya msuguano wa kuteleza na kupumzika ni viwango visivyo na kipimo. Hii inaweza kueleweka kwa kuangalia usawa wa nguvu ya msuguano na mgawo wa msuguano. Upande wa kushoto wa mlinganyo umeonyeshwa katika newtons, upande wa kulia pia unaonyeshwa kwa newtons, kwa kuwa N ni nguvu.
Kuhusu msuguano wa kukunjwa, mgawo wake pia utakuwa thamani isiyo na kipimo, hata hivyo, inafafanuliwa kama uwiano wa sifa ya mstari wa mgeuko elastic kwa radius ya kitu kinachoviringika.
Inapaswa kusemwa kuwa thamani za kawaida za vigawo vya msuguano wa kuteleza na kupumzika ni sehemu ya kumi ya kitengo. Kwa msuguanokukunja, mgawo huu unalingana na sehemu mia moja na elfu ya nukta moja.
Jinsi ya kupata mgawo wa msuguano?
Mgawo µthutegemea vipengele kadhaa ambavyo ni vigumu kutilia maanani kimahesabu. Tunaorodhesha baadhi yao:
- nyenzo za nyuso za kusugua;
- ubora wa uso;
- uwepo wa uchafu, maji na kadhalika;
- halijoto ya uso.
Kwa hivyo, hakuna fomula ya µt, na ni lazima ipimwe kwa majaribio. Ili kuelewa jinsi ya kupata mgawo wa msuguano, inapaswa kuonyeshwa kutoka kwa fomula ya Ft. Tuna:
µt =Ft/N.
Inabadilika kuwa kujua µt ni muhimu kupata nguvu ya msuguano na majibu ya usaidizi.
Jaribio sambamba linafanywa kama ifuatavyo:
- Chukua mwili na ndege, kwa mfano, iliyotengenezwa kwa mbao.
- Shikilia baruti kwenye mwili na uisogeze sawasawa juu ya uso.
Wakati huo huo, chembechembe za umeme huonyesha nguvu fulani, ambayo ni sawa na Ft. Mwitikio wa ardhini ni sawa na uzito wa mwili kwenye uso ulio mlalo.
Njia iliyofafanuliwa hukuruhusu kuelewa mgawo wa msuguano tuli na wa kuteleza ni nini. Vile vile, unaweza kubainisha kwa majaribio µtrolling.
Njia nyingine ya majaribio ya kubainisha µt imetolewa kwa namna ya tatizo katika aya inayofuata.
Tatizo la kukokotoa µt
Boriti ya mbao iko kwenye uso wa glasi. Kwa kuinamisha uso vizuri, tuligundua kuwa utelezi wa boriti huanza kwa pembe ya mwelekeo wa 15o. Je, ni mgawo gani wa msuguano tuli wa jozi ya glasi ya mbao?
Wakati boriti ilipokuwa kwenye ndege iliyoinama saa 15o, basi nguvu iliyosalia ya msuguano ilikuwa na thamani ya juu zaidi. Ni sawa na:
Ft=mgdhambi(α).
Nguvu N inabainishwa na fomula:
N=mgcos(α).
Kutumia fomula ya µt, tunapata:
µt=Ft/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).
Tukibadilisha pembe α, tunapata jibu: µt=0, 27.
