तुम्ही ट्रॅफिक सिग्नलवर कार किंवा ट्रक चालक वाहन मंद करताना पाहिले असेल. तुम्हीही आवश्यकतेनुसार ब्रेक लावून तुमची सायकल मंद करता. ब्रेक लावल्यावर वाहन का मंद होते याचा विचार तुम्ही कधी केला आहे का? केवळ वाहनेच नव्हे तर, कोणत्याही वस्तूची दुसऱ्या वस्तूच्या पृष्ठभागावर हालचाल करताना, जेव्हा तिच्यावर कोणतीही बाह्य बल लावले जात नाही तेव्हा ती मंद होते. शेवटी ती थांबते. जमिनीवर फिरणारी चेंडू काही काळानंतर थांबते ते तुम्ही पाहिले नाही का? केळीच्या सालीवर पाऊल ठेवल्यावर आपण घसरतो का (आकृती 9.1)? गुळगुळीत आणि ओल्या मजल्यावर चालणे कठीण का जाते?

आकृती 9.1 : केळीच्या सालीवर पाऊल ठेवल्यावर मुलगा पडतो

अशा प्रश्नांची उत्तरे तुम्हाला या अध्यायात सापडतील.

9.1 घर्षण बल

क्रियाकलाप 9.1

टेबलावर एक पुस्तक हळूवारपणे ढकला [आकृती 9.2(a)]. तुम्ही पाहाल की काही अंतर हलल्यानंतर ते थांबते. ही क्रिया पुस्तकाला विरुद्ध दिशेने ढकलून पुन्हा करा [आकृती 9.2, (b)]. यावेळीही पुस्तक थांबते का? तुम्ही याचे काही स्पष्टीकरण देऊ शकता का? पुस्तकाच्या हालचालीला विरोध करणारे बल त्यावर कार्य करत असले पाहिजे असे आपण म्हणू शकतो का? या बलाला घर्षण बल म्हणतात.

(a)

(b)

आकृती 9.2 (a), (b): पुस्तक आणि टेबलच्या पृष्ठभागांमधील सापेक्ष गतीला घर्षण विरोध करते

तुम्ही पाहिले की जर तुम्ही डावीकडे बल लावले तर घर्षण उजवीकडे कार्य करते. जर तुम्ही उजवीकडे बल लावले तर घर्षण डाव्या दिशेने कार्य करते. दोन्ही प्रकरणांमध्ये बल पुस्तकाच्या हालचालीला विरोध करते. घर्षण बल नेहमी लावलेल्या बलाला विरोध करते.

वरील क्रियाकलापात, पुस्तकाच्या पृष्ठभाग आणि टेबलच्या पृष्ठभाग यांच्यामध्ये घर्षण बल कार्य करते.

सर्व पृष्ठभागांसाठी घर्षण समान असते का? ते पृष्ठभागांच्या गुळगुळीतपणावर अवलंबून असते का? चला तपासूया.

9.2 घर्षणावर परिणाम करणारे घटक

क्रियाकलाप 9.2

एक विटाभोवती दोरी बांधा. स्प्रिंग तुला यंत्राने विटा ओढा (आकृती 9.3). तुम्हाला काही बल लावावे लागेल. विटा नक्की हलू लागतो तेव्हा स्प्रिंग तुला यंत्रावरील वाचन लक्षात घ्या. हे तुम्हाला विटाच्या पृष्ठभाग आणि मजला यांच्यातील घर्षण बलाचे माप देते.

आकृती 9.3 : स्प्रिंग तुला यंत्राद्वारे विटा ओढला जात आहे

आता विटाभोवती पॉलिथीनचा तुकडा गुंडाळा आणि क्रिया पुन्हा करा. वरील दोन्ही प्रकरणांमध्ये स्प्रिंग तुला यंत्राच्या वाचनात काही फरक तुम्हाला दिसतो का? या फरकाचे कारण काय असू शकते? विटाभोवती ज्युट बॅगचा तुकडा गुंडाळून ही क्रिया पुन्हा करा. तुम्हाला काय दिसते?

स्प्रिंग तुला यंत्र

स्प्रिंग तुला यंत्र हे एखाद्या वस्तूवर कार्य करणारे बल मोजण्यासाठी वापरले जाणारे उपकरण आहे. त्यात एक कुंडलित स्प्रिंग असते ज्यावर बल लावल्यावर ते ताणले जाते. स्प्रिंगचा ताण हा एका श्रेणीकृत मापपट्टीवर फिरणाऱ्या सूचकाद्वारे मोजला जातो. मापपट्टीवरील वाचन बलाचे परिमाण देते.

क्रियाकलाप 9.3

गुळगुळीत मजल्यावर किंवा टेबलावर एक कलते समतल बनवा. तुम्ही विटा किंवा पुस्तकांनी आधारलेली लाकडी फळी वापरू शकता. [आकृती 9.4 (a)]. कलत्या समतलावर कोणत्याही बिंदू $A$ वर पेनने खूण करा. आता या बिंदूपासून एक पेन्सिल सेल खाली सरकू द्या. ती थांबण्यापूर्वी टेबलावर किती दूर जाते? अंतर लक्षात घ्या. आता टेबलावर कापडाचा तुकडा पसरवा. कापडात वळणे नाहीत याची खात्री करा. क्रिया पुन्हा करून पहा [आकृती 9.4 (b)].

(a)

(b)

आकृती 9.4 : पेन्सिल सेल वेगवेगळ्या पृष्ठभागांवर वेगवेगळे अंतर कापते

टेबलावर वाळूचा पातळ थर पसरवून ही क्रिया पुन्हा करा. संपूर्ण क्रियेदरम्यान समान उतार राखा.

कोणत्या प्रकरणात कापलेले अंतर किमान आहे? पेन्सिल सेलने कापलेले अंतर प्रत्येक वेळी वेगळे का असते? कारण शोधण्याचा प्रयत्न करा. निकालाची चर्चा करा. सेल ज्या पृष्ठभागावर हलते त्या पृष्ठभागाच्या स्वरूपावर कापलेले अंतर अवलंबून असते का?

सेलच्या पृष्ठभागाचा गुळगुळीतपणाही त्याने प्रवास केलेल्या अंतरावर परिणाम करू शकतो का?

मी सेलभोवती सँडपेपरचा तुकडा गुंडाळून क्रिया करून पाहणार आहे.

संपर्कात असलेल्या दोन पृष्ठभागांवरील अनियमितता यामुळे घर्षण निर्माण होते. जे पृष्ठभाग अगदी गुळगुळीत दिसतात त्यांच्यावरही मोठ्या संख्येने सूक्ष्म अनियमितता असतात (आकृती 9.5). दोन पृष्ठभागांवरील अनियमितता एकमेकांत अडकतात. जेव्हा आपण कोणताही पृष्ठभाग हलवण्याचा प्रयत्न करतो, तेव्हा हे अंतर्ग्रथन मोडण्यासाठी आपल्याला बल लावावे लागते. खडबडीत पृष्ठभागांवर अधिक अनियमितता असतात. म्हणून जर खडबडीत पृष्ठभाग समाविष्ट असेल तर घर्षण बल जास्त असते.

आकृती 9.5 : पृष्ठभागाच्या अनियमितता

आपण पाहतो की दोन पृष्ठभागांमधील अनियमिततांचे अंतर्ग्रथन यामुळे घर्षण निर्माण होते. हे स्पष्ट आहे की जर दोन पृष्ठभाग जोरात दाबले तर घर्षण बल वाढेल. जेव्हा त्यावर कोणी बसलेले नसते आणि जेव्हा एखादी व्यक्ती बसलेली असते तेव्हा चटई ओढल्यास तुम्हाला हा अनुभव येऊ शकतो.

आकृती 9.6 : बॉक्स हलत ठेवण्यासाठी तुम्हाला त्यावर ढकलावे लागते

मागच्या वेळी तुम्ही एक जड बॉक्स एका ठिकाणाहून दुसऱ्या ठिकाणी हलवला तेव्हाचा अनुभव आठवा. जर तुम्हाला असा अनुभव नसेल तर आता तो अनुभव घ्या. बॉक्स विश्रांतीतून हलवणे सोपे आहे की तो आधीच हालचालीत असताना हलवणे सोपे आहे?

एखादी वस्तू विश्रांतीतून हलू लागताना तिच्या हालचालीस सुरुवातीला विरोध करणारे घर्षण मोडण्यासाठी लागणारे बल हे स्थितिक घर्षणाचे माप आहे. दुसरीकडे, वस्तूला समान गतीने हलत ठेवण्यासाठी लागणारे बल हे सरकणारे घर्षणाचे माप आहे.

जेव्हा बॉक्स सरकू लागतो, तेव्हा त्याच्या पृष्ठभागावरील संपर्क बिंदूंना मजल्यावरील संपर्क बिंदूंमध्ये अडकण्यासाठी पुरेसा वेळ मिळत नाही. म्हणून, सरकणारे घर्षण हे स्थितिक घर्षणापेक्षा किंचित कमी असते आणि आधीच हालचालीत असलेला बॉक्स हलवणे हे त्याला सुरू करण्यापेक्षा काहीसे सोपे वाटते.

9.3 घर्षण : एक आवश्यक वाईट गोष्ट

आता तुमचे काही अनुभव आठवा. कुल्हड (मातीचा भांडे) धरणे सोपे आहे की ग्लास टंबलर धरणे सोपे आहे? समजा टंबलरचा बाह्य पृष्ठभाग चिकट आहे किंवा त्यावर स्वयंपाकाच्या तेलाचा पातळ थर आहे; ते धरणे सोपे होईल की अधिक कठीण होईल? फक्त विचार करा: जर घर्षण नसेल तर ग्लास धरणे शक्य होईल का?

ओल्या चिखलाच्या मार्गावर किंवा ओल्या मार्बलच्या मजल्यावर चालणे किती कठीण आहे तेही आठवा. जर घर्षण नसते तर चालणे शक्य होते का याची तुम्ही कल्पना करू शकता?

जर घर्षण नसते तर तुम्ही पेन किंवा पेन्सिलने लिहू शकत नव्हता. जेव्हा तुमचे शिक्षक फळा वर खडूने लिहित असतात, तेव्हा त्याचा खडबडीत पृष्ठभाग काही खडू कण घासून काढतो जे फळ्याला चिकटतात.

आकृती 9.7: घर्षणामुळे भिंतीत खिळा बसवला जातो

जर खडू आणि फळा यांच्यात घर्षण नसते तर हे घडू शकले असते का?

जर घर्षण नसते तर एखादी वस्तू हलू लागली तर ती कधीच थांबली नसती. ऑटोमोबाईलच्या टायर्स आणि रस्ता यांच्यात घर्षण नसते तर ती सुरू करता आली नसती किंवा थांबवता आली नसती किंवा हालचालीची दिशा बदलण्यासाठी वळवता आली नसती. तुम्ही भिंतीवर खिळा बसवू शकत नव्हता (आकृती 9.7) किंवा गाठ बांधू शकत नव्हता. घर्षणाशिवाय कोणतीही इमारत बांधता आली नसती.

आकृती 9.8 : घर्षणामुळे शूजच्या तळव्यांचा घास होतो

दुसरीकडे, घर्षण हे एक वाईटही आहे. ते स्क्रू, बॉल बेअरिंग्ज किंवा शूजचे तळवे (आकृती 9.8) असोत, साहित्यांचा घास करते. तुम्ही रेल्वे स्थानकांवरील फुट ओव्हर-ब्रिजची जीर्ण झालेली पायऱ्या पाहिल्या असतील.

घर्षणामुळे उष्णताही निर्माण होऊ शकते. काही मिनिटांसाठी तुमच्या तळहातांचा जोरजोरात घासा घ्या (आकृती 9.9). तुम्हाला कसे वाटते? जेव्हा तुम्ही काडीची पेटी खडबडीत पृष्ठभागावर घासता, तेव्हा ती पेटते (आकृती 9.10).

तुम्ही पाहिले असेल की मिक्सरचे जार काही मिनिटे चालवले जाते तेव्हा ते गरम होते.

आकृती 9.9: तळहातांचा घास घातल्याने तुम्हाला उबदारपणा वाटतो

घर्षणामुळे उष्णता निर्माण होते अशी इतर विविध उदाहरणे तुम्ही देऊ शकता.

आकृती 9.10 : काडीची पेटी घासल्याने घर्षणामुळे आग निर्माण होते

खरं तर, जेव्हा एखादे यंत्र चालवले जाते, तेव्हा निर्माण होणारी उष्णता ऊर्जेची भरपूर फुगवटा करते. पुढील भागात आपण घर्षण कमी करण्याच्या पद्धतींची चर्चा करू.

9.4 घर्षण वाढवणे आणि कमी करणे

तुम्ही मागील भागात पाहिल्याप्रमाणे, काही परिस्थितींमध्ये घर्षण इच्छित असते.

तुमच्या शूजचा तळवा खोबणीदार का असतो याचा विचार तुम्ही कधी केला आहे का [आकृती 9.11 (a)]? हे शूजला मजल्यावर चांगले पकड देण्यासाठी केले जाते, जेणेकरून तुम्ही सुरक्षितपणे हलू शकाल. त्याचप्रमाणे, कार, ट्रक आणि बुलडोझरच्या खोबणीदार टायर्स जमिनीवर चांगली पकड देतात.

(a)

(b) आकृती 9.11 : (a) शूजचे तळवे आणि (b) टायर्स घर्षण वाढवण्यासाठी खोबणीदार केलेले असतात

आम्ही सायकल आणि ऑटोमोबाईलच्या ब्रेक सिस्टीममध्ये ब्रेक पॅड वापरून घर्षण जाणीवपूर्वक वाढवतो. जेव्हा तुम्ही सायकल चालवत असता, तेव्हा ब्रेक पॅड चाकांना स्पर्श करत नाहीत. पण जेव्हा तुम्ही ब्रेक लीव्हर दाबता, तेव्हा हे पॅड घर्षणामुळे रिमची हालचाल अडवतात. चाक हलणे थांबते. कबड्डी खेळाडू त्यांच्या प्रतिस्पर्ध्यांची चांगली पकड मिळवण्यासाठी त्यांच्या हातांवर माती चोळतात ते तुम्ही पाहिले असेल. जिम्नॅस्ट त्यांच्या हातांवर काही खडबडीत पदार्थ लावतात जेणेकरून चांगली पकड मिळवण्यासाठी घर्षण वाढेल. तथापि, काही परिस्थितींमध्ये, घर्षण अवांछित असते आणि आपण ते कमी करू इच्छितो.

तुम्ही कॅरम बोर्डवर बारीक पावडर का टाकता (आकृती 9.12)? तुम्ही पाहिले असेल की जेव्हा दरवाजाच्या कबजांवर तेलाचे काही थेंब ओतले जातात, तेव्हा दरवाजा सहजपणे हलतो. सायकल आणि मोटर मेकॅनिक या यंत्रांच्या हलणाऱ्या भागांमध्ये ग्रीस वापरतो. वरील सर्व प्रकरणांमध्ये, आम्ही कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी घर्षण कमी करू इच्छितो.

आकृती 9.12 : घर्षण कमी करण्यासाठी कॅरम बोर्डवर पावडर टाकली जाते

जेव्हा यंत्राच्या हलणाऱ्या भागामध्ये तेल, ग्रीस किंवा ग्राफाइट लावले जाते, तेव्हा तेथे एक पातळ थर तयार होतो आणि हलणारे पृष्ठभाग एकमेकांवर थेट घासत नाहीत (आकृती 9.13). अनियमिततांचे अंतर्ग्रथन मोठ्या प्रमाणात टाळले जाते. हालचाल सहज होते. जे पदार्थ घर्षण कमी करतात त्यांना स्नेहक म्हणतात. काही यंत्रांमध्ये, स्नेहक म्हणून तेल वापरणे योग्य नसू शकते. हलणाऱ्या भागांमध्ये हवेचा गादी वापरून घर्षण कमी केले जाते.

आकृती 9.13 : स्नेहकाची क्रिया

पृष्ठभागांवर पॉलिश करून किंवा मोठ्या प्रमाणात स्नेहक वापरून आपण घर्षण शून्य करू शकतो का?

घर्षण कधीही पूर्णपणे काढून टाकता येत नाही. कोणताही पृष्ठभाग पूर्णपणे गुळगुळीत नसतो.

काही अनियमितता नेहमीच असतात.

9.5 चाके घर्षण कमी करतात

तुम्ही रोलर्स लावलेले अॅटॅची आणि इतर सामानाचे तुकडे पाहिले असतील. अशा सामानाचा तुकडा एक मूलही ओढू शकते (आकृती 9.14). असे का होते? चला तपासूया.

आकृती 9.14 : रोलिंगमुळे घर्षण कमी होते

क्रियाकलाप 9.4

काही पेन्सिल घ्या ज्या दंडगोलाकार आकाराच्या आहेत. त्यांना टेबलावर एकमेकांना समांतर ठेवा. त्यावर एक जाड पुस्तक ठेवा (आकृती 9.15). आता पुस्तक ढकला. तुम्ही पाहाल की पुस्तक हलत असताना पेन्सिल रोल होतात. पुस्तक सरकवण्यापेक्षा अशा प्रकारे हलवणे तुम्हाला सोपे वाटते का? पुस्तकाच्या हालचालीला प्रतिकार कमी झाला आहे असे तुम्हाला वाटते का? जड यंत्रसामग्री खाली लाकडाचे कुंड ठेवून हलवली जाताना तुम्ही पाहिले आहे का?

आकृती 9.15 : रोलर्सवर पुस्तकाची हालचाल

जेव्हा एक शरीर दुसऱ्या शरीराच्या पृष्ठभागावर रोल करते, तेव्हा त्याच्या हालचालीला होणारा प्रतिकार याला रोलिंग घर्षण म्हणतात. रोलिंगमुळे घर्षण कमी होते. एका शरीराला दुसऱ्या शरीरावर सरकवण्यापेक्षा रोल करणे नेहमीच सोपे असते. म्हणूनच रोलर्स लावलेले सामान ओढणे सोयीचे असते. चाक हे मानवजातीचे सर्वात महान शोधांपैकी एक म्हणून का ओळखले जाते हे आता तुम्हाला समजू शकते का?

रोलिंग घर्षण हे सरकणाऱ्या घर्षणापेक्षा कमी असल्याने, बॉल बेअरिंग्जच्या वापराने बहुतेक यंत्रांमध्ये सरकण्याच्या जागी रोलिंग केले जाते. सामान्य उदाहरणे म्हणजे कमाल मर्यादेच्या पंखे आणि सायकलीच्या हब आणि आक्सल यांच्यामध्ये बॉल बेअरिंग्जचा वापर (आकृती 9.16).

आकृती 9.16 : बॉल बेअरिंग्ज घर्षण कमी करतात

9.6 द्रव घर्षण

तुम्हाला माहित आहे की हवा खूप हलकी आणि पातळ असते. तरीही ती त्यातून हलणाऱ्या वस्तूंवर घर्षण बल लावते. त्याचप्रमाणे, पाणी आणि इतर द्रव त्यातून हलणाऱ्या वस्तूंवर घर्षण बल लावतात. विज्ञानात, वायू आणि द्रव यांचे सामान्य नाव द्रवपदार्थ आहे. म्हणून आपण असे म्हणू शकतो की द्रवपदार्थ त्यातून हालचाल करणाऱ्या वस्तूंवर घर्षण बल लावतात.

द्रवपदार्थांद्वारे लावलेल्या घर्षण बलाला ड्रॅग देखील म्हणतात.

द्रवपदार्थातील एखाद्या वस्तूवरील घर्षण बल त्या द्रवपदार्थाच्या तुलनेत त्याच्या गतीवर अवलंबून असते. घर्षण बल वस्तूच्या आकारावर आणि द्रवपदार्थाच्या स्वरूपावर देखील अवलंबून असते.

हे स्पष्ट आहे की जेव्हा वस्तू द्रवपदार्थातून हलतात, तेव्हा त्यांना त्यांच्यावर कार्य करणारे घर्षण मोडावे लागते. या प्रक्रियेत ते ऊर्जा गमावतात. म्हणून, घर्षण कमी करण्याचे प्रयत्न केले जातात. म्हणून, वस्तूंना विशेष आकार दिले जातात. या विशेष आकारांसाठी शास्त्रज्ञांना संकेत कोठून मिळतात असे तुम्हाला वाटते? निसर्गाकडून, अर्थातच. पक्षी आणि मासे नेहमी द्रवपदार्थात हलत असतात. त्यांच्या शरीराचा आकार अशा प्रकारे विकसित झाला असावा की घर्षण मोडण्यात त्यांना कमी ऊर्जा खर्च करावी लागेल. विमानाच्या आकाराकडे काळजीपूर्वक पहा (आकृती 9.17). त्याच्या आकारात आणि पक्ष्याच्या आकारात काही साम्य तुम्हाला आढळते का? खरं तर, सर्व वाहनांचा आकार अशा प्रकारे डिझाइन केलेला असतो की द्रव घर्षण कमी होईल.

आकृती 9.17 : विमान आणि पक्ष्याच्या आकारातील साम्य

कीवर्ड

बॉल बेअरिंग

ड्रॅग

द्रव घर्षण

घर्षण

अंतर्ग्रथन

स्नेहक

रोलिंग घर्षण

सरकणारे घर्षण

स्थितिक घर्षण

तुमच्यासाठी एक कोडे

काही परिस्थितींमध्ये, मी हालचालीला विरोध करतो इतर परिस्थितींमध्ये, मी हालचाल सुलभ करतो पण, दोन हलणाऱ्या पृष्ठभागांमधील सापेक्ष गतीला मी नेहमीच विरोध करतो.

थोडे स्नेहक लावा, आणि मी तेथे लहान होतो.

हलणारे पृष्ठभाग खडबडीत करा मी हालचाल कठीण करतो.

मी असू शकतो-

स्थितिक, सरकणारे किंवा रोलिंग

पण जेव्हा दोन पृष्ठभाग हालचालीत असतात मी नेहमी तेथे असतो,

सांगा मी कोण आहे!

तुम्ही काय शिकलात

• घर्षण संपर्कात असलेल्या दोन पृष्ठभागांमधील सापेक्ष गतीला विरोध करते. ते दोन्ही पृष्ठभागांवर कार्य करते.
• घर्षण संपर्कात असलेल्या पृष्ठभागांच्या स्वरूपावर अवलंबून असते.
• दिलेल्या पृष्ठभागांच्या जोडीसाठी घर्षण त्या पृष्ठभागांच्या गुळगुळीतपणाच्या स्थितीवर अवलंबून असते.
• दोन पृष्ठभाग एकमेकांवर किती जोरात दाबतात यावर घर्षण अवलंबून असते.
• जेव्हा आपण विश्रांतीतील वस्तू हलवण्याचा प्रयत्न करतो तेव्हा स्थितिक घर्षण कार्यात येते.
• जेव्हा एक वस्तू दुसऱ्या वस्तूवर सरकते तेव्हा सरकणारे घर्षण कार्यात येते.
• सरकणारे