તમે કદાચ ટ્રાફિક સિગ્નલ પર કાર અથવા ટ્રકનો ડ્રાઇવર વાહનને ધીમું કરતો જોયો હશો. તમે પણ જરૂર પડ્યે બ્રેક લગાવીને તમારી સાઇકલ ધીમી કરો છો. તમે ક્યારેય વિચાર્યું છે કે બ્રેક લગાવતા વાહન શા માટે ધીમું પડે છે? માત્ર વાહનો જ નહીં, કોઈ પણ વસ્તુ, બીજી વસ્તુની સપાટી પર ફરતી હોય ત્યારે જ્યારે તેના પર કોઈ બાહ્ય બળ લાગુ ન કરવામાં આવે ત્યારે તે ધીમી પડે છે. છેવટે તે અટકે છે. શું તમે જમીન પર ફરતી બોલ કેટલાક સમય પછી અટકતી નથી જોઈ? આપણે કેળાની છાલ (ફિગ. 9.1) પર પગ મૂકતા શા માટે લપસી જઈએ છીએ? સરળ અને ભીના ફ્લોર પર ચાલવું શા માટે મુશ્કેલ હોય છે?

ફિગ. 9.1 : એક છોકરો કેળાની છાલ પર પગ મૂકતા નીચે પડી જાય છે

આવા પ્રશ્નોના જવાબ તમને આ અધ્યાયમાં મળશે.

9.1 ઘર્ષણ બળ

પ્રવૃત્તિ 9.1

એક ટેબલ પર પુસ્તકને હળવેથી ધક્કો મારો [ફિગ. 9.2(a)]. તમે જોશો કે તે થોડું અંતર ચાલ્યા પછી અટકે છે. આ પ્રવૃત્તિ પુસ્તકને વિરુદ્ધ દિશામાંથી ધક્કો મારીને પુનરાવર્તિત કરો [ફિગ. 9.2, (b)]. શું આ વખતે પણ પુસ્તક અટકે છે? શું તમે તેની કોઈ સમજૂતી વિચારી શકો છો? શું આપણે કહી શકીએ કે પુસ્તકની ગતિનો વિરોધ કરતું કોઈ બળ તેના પર કાર્ય કરી રહ્યું હોવું જોઈએ? આ બળને ઘર્ષણ બળ કહેવામાં આવે છે.

(a)

(b)

ફિગ. 9.2 (a), (b): ઘર્ષણ પુસ્તક અને ટેબલની સપાટીઓ વચ્ચેની સાપેક્ષ ગતિનો વિરોધ કરે છે

તમે જોયું કે જો તમે ડાબી બાજુ બળ લગાવો, તો ઘર્ષણ જમણી બાજુ કાર્ય કરે છે. જો તમે જમણી બાજુ બળ લગાવો, તો ઘર્ષણ ડાબી દિશામાં કાર્ય કરે છે. બંને કિસ્સાઓમાં બળ પુસ્તકની ગતિનો વિરોધ કરે છે. ઘર્ષણ બળ હંમેશા લાગુ કરેલા બળનો વિરોધ કરે છે.

ઉપરોક્ત પ્રવૃત્તિમાં, ઘર્ષણ બળ પુસ્તકની સપાટી અને ટેબલની સપાટી વચ્ચે કાર્ય કરે છે.

શું બધી સપાટીઓ માટે ઘર્ષણ સમાન છે? શું તે સપાટીઓની સરળતા પર આધારિત છે? ચાલો જાણીએ.

9.2 ઘર્ષણને અસર કરતા પરિબળો

પ્રવૃત્તિ 9.2

ઇંટની આસપાસ દોરડું બાંધો. સ્પ્રિંગ બેલેન્સ દ્વારા ઇંટને ખેંચો (ફિગ. 9.3). તમારે થોડું બળ લગાવવાની જરૂર પડશે. જ્યારે ઇંટ હલવાની શરૂઆત કરે ત્યારે સ્પ્રિંગ બેલેન્સ પરનું વાચન નોંધો. તે તમને ઇંટની સપાટી અને ફ્લોર વચ્ચેના ઘર્ષણ બળનું માપ આપે છે.

ફિગ. 9.3 : સ્પ્રિંગ બેલેન્સ દ્વારા ઇંટ ખેંચાઈ રહી છે

હવે ઇંટની આસપાસ પોલિથીનનો ટુકડો લપેટો અને પ્રવૃત્તિ પુનરાવર્તિત કરો. શું તમે ઉપરોક્ત બંને કિસ્સાઓમાં સ્પ્રિંગ બેલેન્સના વાચનમાં કોઈ તફાવત જોયો? આ તફાવતનું કારણ શું હોઈ શકે? ઇંટની આસપાસ જુટના થેલાનો ટુકડો લપેટીને આ પ્રવૃત્તિ પુનરાવર્તિત કરો. તમે શું જોયું?

સ્પ્રિંગ બેલેન્સ

સ્પ્રિંગ બેલેન્સ એ વસ્તુ પર કાર્ય કરતા બળને માપવા માટે વપરાતું ઉપકરણ છે. તેમાં કોઇલ કરેલી સ્પ્રિંગ હોય છે જેના પર બળ લાગુ કરતા તે ખેંચાય છે. સ્પ્રિંગનું ખેંચાણ ગ્રેજ્યુએટેડ સ્કેલ પર ફરતા પોઇન્ટર દ્વારા માપવામાં આવે છે. સ્કેલ પરનું વાચન બળનું પરિમાણ આપે છે.

પ્રવૃત્તિ 9.3

સરળ ફ્લોર પર અથવા ટેબલ પર ઢાળવાળું સમતલ બનાવો. તમે ઇંટો અથવા પુસ્તકો દ્વારા સપોર્ટેડ લાકડાના બોર્ડનો ઉપયોગ કરી શકો છો. [ફિગ. 9.4 (a)]. ઢાળવાળા સમતલ પર કોઈ પણ બિંદુ $A$ પર પેનથી નિશાની કરો. હવે આ બિંદુથી પેન્સિલ સેલ નીચે ફરવા દો. તે અટકતા પહેલા ટેબલ પર કેટલું અંતર કાપે છે? અંતર નોંધો. હવે ટેબલ પર કપડાનો ટુકડો પાથરો. ખાતરી કરો કે કપડામાં કોઈ ગડી ન હોય. પ્રવૃત્તિ ફરીથી કરો [ફિગ. 9.4 (b)].

(a)

(b)

ફિગ. 9.4 : પેન્સિલ સેલ વિવિધ સપાટીઓ પર વિવિધ અંતર કાપે છે

ટેબલ પર રેતીની પાતળી પરત પાથરીને આ પ્રવૃત્તિ પુનરાવર્તિત કરો. સમગ્ર પ્રવૃત્તિ દરમિયાન સમાન ઢાળ જાળવો.

કયા કિસ્સામાં કાપેલું અંતર ન્યૂનતમ છે? પેન્સિલ સેલ દ્વારા કાપેલું અંતર દર વખતે અલગ શા માટે હોય છે. કારણ શોધવાનો પ્રયત્ન કરો? પરિણામની ચર્ચા કરો. કાપેલું અંતર તે સપાટીના સ્વભાવ પર આધારિત છે કે જેના પર સેલ ફરે છે?

શું સેલની સપાટીની સરળતા પણ તેના દ્વારા મુસાફરી કરેલા અંતરને અસર કરી શકે છે?

હું સેલની આસપાસ સેન્ડપેપરનો ટુકડો લપેટીને પ્રવૃત્તિ કરવાનો પ્રયત્ન કરીશ.

ઘર્ષણ સંપર્કમાં રહેલી બે સપાટીઓ પરની અનિયમિતતાઓને કારણે થાય છે. જે સપાટીઓ ખૂબ જ સરળ દેખાય છે તેમની પર પણ અસંખ્ય સૂક્ષ્મ અનિયમિતતાઓ હોય છે (ફિગ. 9.5). બે સપાટીઓ પરની અનિયમિતતાઓ એકબીજામાં ફસાઈ જાય છે. જ્યારે આપણે કોઈ પણ સપાટીને ખસેડવાનો પ્રયત્ન કરીએ છીએ, ત્યારે આંતરલોકિંગને દૂર કરવા માટે આપણે બળ લગાવવું પડે છે. રફ સપાટીઓ પર, વધુ સંખ્યામાં અનિયમિતતાઓ હોય છે. તેથી જો રફ સપાટી સામેલ હોય તો ઘર્ષણ બળ વધારે હોય છે.

ફિગ. 9.5 : સપાટીની અનિયમિતતાઓ

આપણે જોઈએ છીએ કે ઘર્ષણ બે સપાટીઓમાં અનિયમિતતાઓના આંતરલોકિંગને કારણે થાય છે. તે સ્પષ્ટ છે કે જો બે સપાટીઓને વધુ કડકથી દબાવવામાં આવે તો ઘર્ષણ બળ વધશે. જ્યારે તેના પર કોઈ બેઠું ન હોય અને જ્યારે વ્યક્તિ બેઠી હોય ત્યારે ચટાઈને ખેંચીને તમે તેનો અનુભવ કરી શકો છો.

ફિગ. 9.6 : તમારે બોક્સને ચાલુ રાખવા માટે તેને ધક્કો મારવો પડે છે

તમારો છેલ્લો અનુભવ યાદ કરો જ્યારે તમે એક ભારે બોક્સને એક જગ્યાએથી બીજી જગ્યાએ ખસેડ્યો હતો (ફિગ. 9.6). જો તમારી પાસે આવો કોઈ અનુભવ ન હોય, તો હવે તે અનુભવ મેળવો. શું સરળ છે - બોક્સને વિશ્રામમાંથી ખસેડવું, અથવા જ્યારે તે પહેલેથી ગતિમાં હોય ત્યારે તેને ખસેડવું?

જ્યારે કોઈ વસ્તુ વિશ્રામમાંથી ગતિમાં આવવાની શરૂઆત કરે છે ત્યારે ઘર્ષણને દૂર કરવા માટે જરૂરી બળ સ્થિર ઘર્ષણનું માપ છે. બીજી બાજુ, વસ્તુને સમાન ગતિથી ગતિમાં રાખવા માટે જરૂરી બળ સરકતા ઘર્ષણનું માપ છે.

જ્યારે બોક્સ સરકવાનું શરૂ કરે છે, ત્યારે તેની સપાટી પરના સંપર્ક બિંદુઓને ફ્લોર પરના સંપર્ક બિંદુઓમાં લોક થવા માટે પૂરતો સમય મળતો નથી. તેથી, સરકતું ઘર્ષણ સ્થિર ઘર્ષણ કરતાં થોડું ઓછું હોય છે અને તમને લાગે છે કે પહેલેથી ગતિમાં હોય તેવા બોક્સને ખસેડવું તેને શરૂ કરવા કરતાં થોડું સરળ છે.

9.3 ઘર્ષણ : એક આવશ્યક દુષ્ટ

હવે તમારા કેટલાક અનુભવો યાદ કરો. કુલ્હાર (માટીનો ઘડો) અથવા કાચનો ગ્લાસ પકડવો સરળ છે? ધારો કે ગ્લાસની બાહ્ય સપાટી ચીકણી છે, અથવા તેના પર રસોઈ તેલની પાતળી પરત છે; શું તેને પકડવું સરળ અથવા વધુ મુશ્કેલ બનશે? ફક્ત વિચારો: જો ત્યાં કોઈ ઘર્ષણ ન હોય તો શું ગ્લાસને પકડવું શક્ય હશે?

ભીના કાદવવાળા ટ્રેક અથવા ભીના માર્બલ ફ્લોર પર ચાલવું કેટલું મુશ્કેલ છે તે પણ યાદ કરો. જો ત્યાં કોઈ ઘર્ષણ ન હોય તો શું તમે ચાલવાની કલ્પના કરી શકો છો?

જો ત્યાં કોઈ ઘર્ષણ ન હોય તો તમે પેન અથવા પેન્સિલથી લખી શકતા નથી. જ્યારે તમારા શિક્ષક બ્લેકબોર્ડ પર ચોકથી લખી રહ્યા હોય છે, ત્યારે તેની રફ સપાટી કેટલાક ચોકના કણોને ઘસી નાખે છે જે બ્લેકબોર્ડ સાથે ચોંટી જાય છે.

ફિગ. 9.7: ઘર્ષણને કારણે દિવાલમાં ખીલો ઠોકાય છે

જો ચોક અને બોર્ડ વચ્ચે કોઈ ઘર્ષણ ન હોય તો શું આ થઈ શકે?

જો કોઈ વસ્તુ ગતિમાં આવે, અને જો ત્યાં કોઈ ઘર્ષણ ન હોય તો તે ક્યારેય અટકશે નહીં. જો ઓટોમોબાઇલના ટાયર અને રસ્તા વચ્ચે કોઈ ઘર્ષણ ન હોત, તો તેને શરૂ કરી શકાત નહીં અથવા અટકાવી શકાત નહીં અથવા ગતિની દિશા બદલવા માટે વાળી શકાત નહીં. તમે દિવાલ પર ખીલો ઠોકી શકતા નથી (ફિગ. 9.7) અથવા ગાંઠ બાંધી શકતા નથી. ઘર્ષણ વિના કોઈ ઇમારત બાંધી શકાતી નથી.

ફિગ. 9.8 : ઘર્ષણને કારણે જૂતાના તળિયાં ઘસાઈ જાય છે

બીજી બાજુ, ઘર્ષણ પણ એક દુષ્ટ છે. તે સામગ્રીને ઘસી નાખે છે ભલે તે સ્ક્રૂ, બોલ બેરિંગ અથવા જૂતાના તળિયાં હોય (ફિગ. 9.8). તમે રેલવે સ્ટેશન પરના ફૂટ ઓવર-બ્રિજના ઘસાઈ ગયેલા પગથિયાં જોયા હશે.

ઘર્ષણ ઉષ્મા પણ ઉત્પન્ન કરી શકે છે. થોડી મિનિટ માટે તમારી હથેળીઓને જોરથી ઘસો (ફિગ. 9.9). તમને કેવું લાગે છે? જ્યારે તમે મેચસ્ટિકને રફ સપાટી સામે ઘસો છો, ત્યારે તે આગ પકડે છે (ફિગ. 9.10).

તમે જોયું હશે કે મિક્સરનો જાર જ્યારે ચલાવવામાં આવે છે ત્યારે થોડી મિનિટમાં ગરમ થઈ જાય છે.

ફિગ. 9.9: તમારી હથેળીઓ ઘસવાથી તમને ગરમી લાગે છે

તમે વિવિધ અન્ય ઉદાહરણો આપી શકો છો જેમાં ઘર્ષણ

ફિગ. 9.10 : મેચસ્ટિકને ઘસવાથી ઘર્ષણ દ્વારા આગ ઉત્પન્ન થાય છે

ઉષ્મા ઉત્પન્ન કરે છે. હકીકતમાં, જ્યારે મશીન ચલાવવામાં આવે છે, ત્યારે ઉત્પન્ન થતી ઉષ્મા ઊર્જાનો ઘણો વ્યય કરે છે. અમે આગળના વિભાગમાં ઘર્ષણને ઘટાડવાની રીતોની ચર્ચા કરીશું.

9.4 ઘર્ષણ વધારવું અને ઘટાડવું

જેમ તમે પાછલા વિભાગમાં જોયું છે, કેટલીક પરિસ્થિતિઓમાં ઘર્ષણ ઇચ્છનીય છે.

તમે ક્યારેય વિચાર્યું છે કે તમારા જૂતાના તળિયાં શા માટે ખાંચાવાળા હોય છે [ફિગ. 9.11 (a)]? તે ફ્લોર પર જૂતાને વધુ સારી પકડ આપવા માટે કરવામાં આવે છે, જેથી તમે સુરક્ષિત રીતે આગળ વધી શકો. તે જ રીતે, કાર, ટ્રક અને બુલડોઝરના ટ્રેડેડ ટાયર જમીન સાથે વધુ સારી પકડ પ્રદાન કરે છે.

(a)

(b) ફિગ. 9.11 : (a) જૂતાના તળિયાં અને (b) ટાયર ઘર્ષણ વધારવા માટે ટ્રેડેડ કરવામાં આવે છે

આપણે જાણીબૂઝીને સાઇકલ અને ઓટોમોબાઇલના બ્રેક સિસ્ટમમાં બ્રેક પેડનો ઉપયોગ કરીને ઘર્ષણ વધારીએ છીએ. જ્યારે તમે સાઇકલ ચલાવો છો, ત્યારે બ્રેક પેડ પૈડાંને સ્પર્શતા નથી. પરંતુ જ્યારે તમે બ્રેક લીવર દબાવો છો, ત્યારે આ પેડ ઘર્ષણને કારણે રિમની ગતિને અટકાવે છે. પૈડું ફરવાનું બંધ કરે છે. તમે જોયું હશે કે કબડ્ડી ખેલાડીઓ તેમના વિરોધીઓની વધુ સારી પકડ માટે તેમના હાથને માટી સાથે ઘસે છે. જિમ્નાસ્ટ વધુ સારી પકડ માટે તેમના હાથ પર કેટલીક ખરબચડી સામગ્રી લગાવે છે. જોકે, કેટલીક પરિસ્થિતિઓમાં, ઘર્ષણ અનિચ્છનીય છે અને આપણે તેને ઘટાડવા માંગીએ છીએ.

તમે કેરમ બોર્ડ પર શા માટે બારીક પાવડર છાંટો છો (ફિગ. 9.12)? તમે જોયું હશે કે જ્યારે દરવાજાના હિંજ પર થોડા ટીપાં તેલ રેડવામાં આવે છે, ત્યારે દરવાજો સરળતાથી ખસે છે. સાઇકલ અને મોટર મિકેનિક આ મશીનોના ફરતા ભાગો વચ્ચે ગ્રીસનો ઉપયોગ કરે છે. ઉપરોક્ત તમામ કિસ્સાઓમાં, આપણે કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે ઘર્ષણ ઘટાડવા માંગીએ છીએ.

ફિગ. 9.12 : ઘર્ષણ ઘટાડવા માટે કેરમ બોર્ડ પર પાવડર છાંટવામાં આવે છે

જ્યારે તેલ, ગ્રીસ અથવા ગ્રેફાઇટ મશીનના ફરતા ભાગ વચ્ચે લગાવવામાં આવે છે, ત્યારે ત્યાં એક પાતળી પરત બને છે અને ફરતી સપાટીઓ એકબીજા સામે સીધી રીતે ઘસાતી નથી (ફિગ. 9.13). અનિયમિતતાઓનું આંતરલોકિંગ મોટા પ્રમાણમાં ટાળવામાં આવે છે. ગતિ સરળ બને છે. જે પદાર્થો ઘર્ષણ ઘટાડે છે તેમને લુબ્રિકન્ટ કહેવામાં આવે છે. કેટલીક મશીનોમાં, લુબ્રિકન્ટ તરીકે તેલનો ઉપયોગ કરવો યોગ્ય ન હોઈ શકે. ફરતા ભાગો વચ્ચે એર કુશનનો ઉપયોગ ઘર્ષણ ઘટાડવા માટે થાય છે.

ફિગ. 9.13 : લુબ્રિકન્ટની ક્રિયા

શું આપણે સપાટીઓને પોલિશ કરીને અથવા મોટી માત્રામાં લુબ્રિકન્ટનો ઉપયોગ કરીને ઘર્ષણને શૂન્ય સુધી ઘટાડી શકીએ?

ઘર્ષણને ક્યારેય સંપૂર્ણપણે દૂર કરી શકાતું નથી. કોઈ સપાટી સંપૂર્ણપણે સરળ નથી.

કેટલીક અનિયમિતતાઓ હંમેશા ત્યાં હોય છે.

9.5 પૈડાં ઘર્ષણ ઘટાડે છે

તમે જોયું હશે કે સૂટકેસ અને સામાનના અન્ય ટુકડાઓ રોલર સાથે ફિટ કરવામાં આવે છે. એક બાળક પણ આવા સામાનના ટુકડાઓને ખેંચી શકે છે (ફિગ. 9.14). આવું શા માટે છે? ચાલો જાણીએ.

ફિગ. 9.14 : રોલિંગ ઘર્ષણ ઘટાડે છે

પ્રવૃત્તિ 9.4

કેટલીક પેન્સિલ લો જે નળાકાર આકારની હોય. તેમને એકબીજાની સમાંતર ટેબલ પર મૂકો. તેના પર જાડું પુસ્તક મૂકો (ફિગ. 9.15). હવે પુસ્તકને ધક્કો મારો. તમે જોશો કે પુસ્તક ખસે છે તેમ પેન્સિલ રોલ થાય છે. શું તમને લાગે છે કે આ રીતે પુસ્તકને ખસેડવું તેને સરકાવવા કરતાં સરળ છે? શું તમને લાગે છે કે પુસ્તકની ગતિનો પ્રતિકાર ઘટાડવામાં આવ્યો છે? શું તમે જોયું છે કે ભારે મશીનરીને તેના નીચે લોગ મૂકીને ખસેડવામાં આવે છે?

ફિગ. 9.15 : રોલર પર પુસ્તકની ગતિ

જ્યારે એક શરીર બીજા શરીરની સપાટી પર રોલ થાય છે, ત્યારે તેની ગતિનો પ્રતિકાર રોલિંગ ઘર્ષણ કહેવાય છે. રોલિંગ ઘર્ષણ ઘટ