ట్రాఫిక్ సిగ్నల్ వద్ద కారు లేదా ట్రక్కు డ్రైవర్ వాహనాన్ని నెమ్మదిస్తున్నట్లు మీరు చూసి ఉండవచ్చు. మీరు కూడా, అవసరమైనప్పుడు బ్రేక్లు వేసి మీ సైకిల్ను నెమ్మదిస్తారు. బ్రేక్లు వేసినప్పుడు వాహనం ఎందుకు నెమ్మదిస్తుందో మీరు ఎప్పుడైనా ఆలోచించారా? వాహనాలు మాత్రమే కాదు, ఏదైనా వస్తువు, మరొక వస్తువు ఉపరితలంపై కదులుతున్నప్పుడు, దానిపై బాహ్య బలం ప్రయోగించకపోతే అది నెమ్మదిస్తుంది. చివరికి అది ఆగిపోతుంది. నేలపై కదులుతున్న బంతి కొంత సమయం తర్వాత ఆగిపోయేది మీరు చూడలేదా? అరటి తొక్కపై అడుగు పెట్టినప్పుడు మనం ఎందుకు జారుతాము (Fig. 9.1)? మృదువైన మరియు తడి నేలపై నడవడం ఎందుకు కష్టం?

Fig. 9.1 : అరటి తొక్కపై అడుగు పెట్టినప్పుడు ఒక బాలుడు కింద పడిపోతాడు

ఇలాంటి ప్రశ్నలకు సమాధానాలు ఈ అధ్యాయంలో మీరు కనుగొంటారు.

9.1 ఘర్షణ బలం

కృత్యం 9.1

మేజా పై ఉన్న ఒక పుస్తకాన్ని మెల్లగా నెట్టండి [Fig. 9.2(a)]. అది కొంత దూరం కదిలిన తర్వాత ఆగిపోతుందని మీరు గమనిస్తారు. ఈ కృత్యాన్ని పుస్తకాన్ని వ్యతిరేక దిశ నుండి నెట్టి మళ్లీ చేయండి [Fig. 9.2, (b)]. ఈసారి కూడా పుస్తకం ఆగిపోతుందా? దీనికి మీరు ఒక వివరణ ఆలోచించగలరా? పుస్తకం కదలికను వ్యతిరేకించే ఒక బలం దానిపై పని చేస్తుందని మనం చెప్పగలమా? ఈ బలాన్ని ఘర్షణ బలం అంటారు.

(a)

(b)

Fig. 9.2 (a), (b): పుస్తకం మరియు మేజా ఉపరితలాల మధ్య సాపేక్ష చలనాన్ని ఘర్షణ వ్యతిరేకిస్తుంది

మీరు చూసినట్లుగా, మీరు ఎడమ వైపు బలాన్ని ప్రయోగిస్తే, ఘర్షణ కుడి వైపు పని చేస్తుంది. మీరు కుడి వైపు బలాన్ని ప్రయోగిస్తే, ఘర్షణ ఎడమ దిశలో పని చేస్తుంది. రెండు సందర్భాల్లోనూ బలం పుస్తకం కదలికను వ్యతిరేకిస్తుంది. ఘర్షణ బలం ఎల్లప్పుడూ ప్రయోగించిన బలాన్ని వ్యతిరేకిస్తుంది.

పై కృత్యంలో, ఘర్షణ బలం పుస్తకం ఉపరితలం మరియు మేజా ఉపరితలం మధ్య పని చేస్తుంది.

ఘర్షణ అన్ని ఉపరితలాలకు ఒకే విధంగా ఉంటుందా? ఇది ఉపరితలాల మృదుత్వంపై ఆధారపడి ఉంటుందా? చూద్దాం.

9.2 ఘర్షణను ప్రభావితం చేసే కారకాలు

కృత్యం 9.2

ఒక ఇటుక చుట్టూ ఒక తాడును కట్టండి. స్ప్రింగ్ త్రాసుతో ఇటుకను లాగండి (Fig. 9.3). మీరు కొంత బలాన్ని ప్రయోగించాల్సి ఉంటుంది. ఇటుక కదలడం ప్రారంభించినప్పుడు స్ప్రింగ్ త్రాసు పై ఉన్న రీడింగ్ను గుర్తించండి. ఇది మీకు ఇటుక ఉపరితలం మరియు నేల మధ్య ఘర్షణ బలం యొక్క కొలతను ఇస్తుంది.

Fig. 9.3 : స్ప్రింగ్ త్రాసుతో ఇటుక లాగబడుతోంది

ఇప్పుడు ఇటుక చుట్టూ పాలిథీన్ ముక్కను చుట్టి కృత్యాన్ని మళ్లీ చేయండి. పై రెండు సందర్భాల్లో స్ప్రింగ్ త్రాసు రీడింగ్లలో మీరు ఏదైనా తేడా గమనించారా? ఈ తేడాకు కారణం ఏమి కావచ్చు? ఇటుక చుట్టూ గోనె సంచి ముక్కను చుట్టి ఈ కృత్యాన్ని మళ్లీ చేయండి. మీరు ఏమి గమనించారు?

స్ప్రింగ్ త్రాసు

స్ప్రింగ్ త్రాసు అనేది ఒక వస్తువుపై పనిచేసే బలాన్ని కొలవడానికి ఉపయోగించే పరికరం. ఇది ఒక చుట్టుకున్న స్ప్రింగ్ను కలిగి ఉంటుంది, దానిపై బలం ప్రయోగించినప్పుడు అది సాగుతుంది. స్ప్రింగ్ సాగడం గ్రాడ్యుయేటెడ్ స్కేల్పై కదులుతున్న పాయింటర్ ద్వారా కొలుస్తారు. స్కేల్పై ఉన్న రీడింగ్ బలం యొక్క పరిమాణాన్ని ఇస్తుంది.

కృత్యం 9.3

ఒక మృదువైన నేలపై లేదా టేబుల్పై ఒక వాలు తలాన్ని తయారు చేయండి. మీరు ఇటుకలు లేదా పుస్తకాలతో మద్దతు ఇచ్చిన చెక్క బోర్డును ఉపయోగించవచ్చు. [Fig. 9.4 (a)]. వాలు తలంపై ఏదైనా బిందువు $A$ వద్ద పెన్ తో ఒక గుర్తు పెట్టండి. ఇప్పుడు ఈ బిందువు నుండి ఒక పెన్సిల్ సెల్ కిందికి జారనివ్వండి. అది ఆగిపోవడానికి ముందు టేబుల్పై ఎంత దూరం కదులుతుంది? దూరాన్ని గుర్తించండి. ఇప్పుడు టేబుల్పై ఒక ముక్క గుడ్డను వ్యాప్తి చేయండి. గుడ్డలో ముడతలు లేకుండా చూసుకోండి. కృత్యాన్ని మళ్లీ ప్రయత్నించండి [Fig. 9.4 (b)].

(a)

(b)

Fig. 9.4 : పెన్సిల్ సెల్ వివిధ ఉపరితలాలపై వివిధ దూరాలను కవర్ చేస్తుంది

టేబుల్పై ఇసుక యొక్క సన్నని పొరను వ్యాప్తి చేసి ఈ కృత్యాన్ని మళ్లీ చేయండి. మొత్తం కృత్యంలో ఒకే వాలును నిర్వహించండి.

ఏ సందర్భంలో కవర్ చేయబడిన దూరం కనిష్టంగా ఉంది? పెన్సిల్ సెల్ కవర్ చేసిన దూరం ప్రతిసారీ ఎందుకు భిన్నంగా ఉంటుంది. ఎందుకో కారణం ఆలోచించండి. ఫలితాన్ని చర్చించండి. సెల్ కదిలే ఉపరితల స్వభావంపై కవర్ చేయబడిన దూరం ఆధారపడి ఉంటుందా?

సెల్ యొక్క ఉపరితల మృదుత్వం కూడా దాని ప్రయాణించిన దూరాన్ని ప్రభావితం చేయగలదా?

నేను సెల్ చుట్టూ స్యాండ్ పేపర్ ముక్కను చుట్టి కృత్యాన్ని ప్రయత్నిస్తాను.

ఘర్షణ సంపర్కంలో ఉన్న రెండు ఉపరితలాలపై ఉన్న అసమానతల వలన కలుగుతుంది. చాలా మృదువుగా కనిపించే ఉపరితలాలు కూడా వాటిపై అనేక సూక్ష్మ అసమానతలను కలిగి ఉంటాయి (Fig. 9.5). రెండు ఉపరితలాలపై ఉన్న అసమానతలు ఒకదానిలో ఒకటి లాక్ అవుతాయి. మనం ఏదైనా ఉపరితలాన్ని కదిలించడానికి ప్రయత్నించినప్పుడు, ఇంటర్లాకింగ్ను అధిగమించడానికి మనం ఒక బలాన్ని ప్రయోగించాలి. రఫ్ ఉపరితలాలపై, ఎక్కువ సంఖ్యలో అసమానతలు ఉంటాయి. కాబట్టి రఫ్ ఉపరితలం పాల్గొంటే ఘర్షణ బలం ఎక్కువగా ఉంటుంది.

Fig. 9.5 : ఉపరితల అసమానతలు

రెండు ఉపరితలాలలోని అసమానతల ఇంటర్లాకింగ్ వలన ఘర్షణ ఏర్పడుతుందని మనం చూస్తాము. రెండు ఉపరితలాలు గట్టిగా నొక్కబడితే ఘర్షణ బలం పెరుగుతుందని స్పష్టంగా ఉంది. ఎవరూ కూర్చోకుండా ఉన్నప్పుడు మరియు ఒక వ్యక్తి కూర్చున్నప్పుడు ఒక చాపను లాగడం ద్వారా మీరు దీనిని అనుభవించవచ్చు.

Fig. 9.6 : దానిని కదిలించడానికి మీరు పెట్టెపై నెట్టాలి

చివరిసారి మీరు ఒక భారీ పెట్టెను ఒక ప్రదేశం నుండి మరొక ప్రదేశానికి తరలించినప్పుడు మీ అనుభవాన్ని గుర్తుకు తెచ్చుకోండి (Fig. 9.6). మీకు అలాంటి అనుభవం లేకపోతే, ఇప్పుడు ఆ అనుభవాన్ని పొందండి. ఏది సులభం - విశ్రాంతి నుండి పెట్టెను కదిలించడం, లేదా అది ఇప్పటికే చలనంలో ఉన్నప్పుడు దానిని కదిలించడం?

ఒక వస్తువు విశ్రాంతి నుండి కదలడం ప్రారంభించిన క్షణంలో ఘర్షణను అధిగమించడానికి అవసరమైన బలం స్థిర ఘర్షణ యొక్క కొలత. మరోవైపు, వస్తువును అదే వేగంతో కదిలించడానికి అవసరమైన బలం జారే ఘర్షణ యొక్క కొలత.

పెట్టె జారడం ప్రారంభించినప్పుడు, దాని ఉపరితలంపై ఉన్న సంపర్క బిందువులకు నేలపై ఉన్న సంపర్క బిందువులలో లాక్ అవడానికి తగినంత సమయం లభించదు. కాబట్టి, జారే ఘర్షణ స్థిర ఘర్షణ కంటే కొంచెం తక్కువగా ఉంటుంది మరియు ఇప్పటికే చలనంలో ఉన్న పెట్టెను కదిలించడం దానిని ప్రారంభించడం కంటే కొంత సులభంగా ఉంటుందని మీరు కనుగొంటారు.

9.3 ఘర్షణ: ఒక అవసరమైన అవాంఛనీయం

ఇప్పుడు మీ కొన్ని అనుభవాలను గుర్తుకు తెచ్చుకోండి. ఒక కుల్హార్ (మట్టి కుండ) లేదా గ్లాస్ టంబ్లర్ను పట్టుకోవడం సులభంగా ఉందా? టంబ్లర్ బాహ్య ఉపరితలం గ్రీసీగా ఉంటే, లేదా దానిపై వంట నూనె యొక్క సన్నని పొర ఉంటే; దానిని పట్టుకోవడం సులభం అవుతుందా లేదా మరింత కష్టం అవుతుందా? ఆలోచించండి: ఘర్షణ లేకపోతే గ్లాస్ను పట్టుకోవడం సాధ్యమేనా?

తడి బురద ట్రాక్ లేదా తడి పాలరాయి నేలపై కదలడం ఎంత కష్టమో కూడా గుర్తుకు తెచ్చుకోండి. ఘర్షణ లేకపోతే నడవడం సాధ్యమేనా అని మీరు ఊహించగలరా?

ఘర్షణ లేకపోతే మీరు పెన్ లేదా పెన్సిల్తో రాయలేరు. మీ ఉపాధ్యాయుడు బ్లాక్బోర్డ్పై చాక్తో రాస్తున్నప్పుడు, దాని రఫ్ ఉపరితలం కొన్ని చాక్ కణాలను రుద్ది తీస్తుంది, అవి బ్లాక్ బోర్డ్కు అతుక్కుపోతాయి.

Fig. 9.7: ఘర్షణ వలన గోడలో మేకు స్థిరపడుతుంది

చాక్ మరియు బోర్డ్ మధ్య ఘర్షణ లేకపోతే ఇది జరుగుతుందా?

ఘర్షణ లేకపోతే ఒక వస్తువు కదలడం ప్రారంభించినట్లయితే, అది ఎప్పటికీ ఆగదు. ఆటోమొబైల్స్ టైర్లు మరియు రోడ్డు మధ్య ఘర్షణ లేకపోతే, అవి ప్రారంభించబడవు లేదా ఆపబడవు లేదా చలన దిశను మార్చడానికి తిప్పబడవు. మీరు గోడలో మేకును స్థిరపరచలేరు (Fig. 9.7) లేదా ముడి కట్టలేరు. ఘర్షణ లేకుండా ఏ భవనం నిర్మించబడదు.

Fig. 9.8 : ఘర్షణ వలన షూస్ సోల్స్ తుడిచిపోతాయి

మరోవైపు, ఘర్షణ కూడా ఒక అవాంఛనీయం. ఇది స్క్రూలు, బాల్ బేరింగ్లు లేదా షూస్ సోల్స్ (Fig. 9.8) అయినా పదార్థాలను తుడిచిపెడుతుంది. రైల్వే స్టేషన్లలో పాదాల వంతెనల యొక్క తుడిచిపోయిన మెట్లు మీరు చూసి ఉండవచ్చు.

ఘర్షణ వేడిని కూడా ఉత్పత్తి చేయగలదు. కొన్ని నిమిషాలు మీ అరచేతులను శక్తివంతంగా రుద్దండి (Fig. 9.9). మీకు ఎలా అనిపిస్తుంది? మీరు మ్యాచ్స్టిక్ను రఫ్ ఉపరితలంపై కొట్టినప్పుడు, అది మండుతుంది (Fig. 9.10).

మిక్సర్ జార్ కొన్ని నిమిషాలు నడిపినప్పుడు వేడెక్కుతుందని మీరు గమనించి ఉండవచ్చు

Fig. 9.9: మీ అరచేతులను రుద్దడం వలన మీకు వెచ్చదనం అనిపిస్తుంది

ఘర్షణ వేడిని ఉత్పత్తి చేసే వివిధ ఇతర ఉదాహరణలను మీరు చెప్పగలరు.

Fig. 9.10 : మ్యాచ్స్టిక్ను కొట్టడం వలన ఘర్షణ ద్వారా నిప్పు ఏర్పడుతుంది

వాస్తవానికి, ఒక యంత్రం నడుపబడినప్పుడు, ఉత్పత్తి అయ్యే వేడి చాలా శక్తి వృథా కారణమవుతుంది. ఘర్షణను తగ్గించే మార్గాలను మనం తర్వాతి విభాగంలో చర్చిస్తాము.

9.4 ఘర్షణను పెంచడం మరియు తగ్గించడం

మీరు మునుపటి విభాగంలో చూసినట్లుగా, కొన్ని పరిస్థితుల్లో ఘర్షణ కావలసినది.

మీ షూ సోల్ ఎందుకు గాడులుగా ఉంటుందో మీరు ఎప్పుడైనా ఆలోచించారా? [Fig. 9.11 (a)]? మీరు సురక్షితంగా కదలడానికి, నేలపై షూస్కు మెరుగైన పట్టు అందించడానికి ఇది చేయబడుతుంది. అదేవిధంగా, కార్లు, ట్రక్కులు మరియు బుల్డోజర్ల ట్రెడ్ టైర్లు నేలతో మెరుగైన పట్టును అందిస్తాయి.

(a)

(b) Fig. 9.11 : (a) షూస్ సోల్స్ మరియు (b) ఘర్షణను పెంచడానికి టైర్లు ట్రెడ్ చేయబడతాయి

సైకిళ్లు మరియు ఆటోమొబైల్స్ బ్రేక్ వ్యవస్థలో బ్రేక్ ప్యాడ్లను ఉపయోగించడం ద్వారా మనం ఉద్దేశపూర్వకంగా ఘర్షణను పెంచుతాము. మీరు సైకిల్ తొక్కుతున్నప్పుడు, బ్రేక్ ప్యాడ్లు చక్రాలను తాకవు. కానీ మీరు బ్రేక్ లివర్ను నొక్కినప్పుడు, ఈ ప్యాడ్లు ఘర్షణ వలన రిమ్ యొక్క చలనాన్ని నిరోధిస్తాయి. చక్రం కదలడం ఆగిపోతుంది. కబడ్డీ ఆటగాళ్ళు తమ ప్రత్యర్థులపై మెరుగైన పట్టు కోసం తమ చేతులను మట్టితో రుద్దుకునేది మీరు చూసి ఉండవచ్చు. జిమ్నాస్ట్లు మెరుగైన పట్టు కోసం తమ చేతులపై కొన్ని కఠినమైన పదార్థాన్ని వేసుకుంటారు. అయితే, కొన్ని పరిస్థితుల్లో, ఘర్షణ అవాంఛనీయం మరియు మనం దానిని తగ్గించాలనుకుంటాము.

క్యారోం బోర్డ్పై మీరు సూక్ష్మ పొడిని ఎందుకు చల్లుతారు (Fig. 9.12)? తలుపు కీలు మీద కొన్ని చుక్కల నూనె పోసినప్పుడు, తలుపు సజావుగా కదులుతుందని మీరు గమనించి ఉండవచ్చు. సైకిల్ మరియు మోటార్ మెకానిక్ ఈ యంత్రాల కదిలే భాగాల మధ్య గ్రీస్ను ఉపయోగిస్తారు. పైన ఉన్న అన్ని సందర్భాల్లో, మనం తగ్గించాలనుకుంటున్నాము

Fig. 9.12 : ఘర్షణను తగ్గించడానికి క్యారోం బోర్డ్పై పొడి చల్లబడుతుంది

సామర్థ్యాన్ని పెంచడానికి ఘర్షణ. నూనె, గ్రీస్ లేదా గ్రాఫైట్ ఒక యంత్రం యొక్క కదిలే భాగం మధ్య వేసినప్పుడు, అక్కడ ఒక సన్నని పొర ఏర్పడుతుంది మరియు కదిలే ఉపరితలాలు ఒకదానికొకటి నేరుగా రుద్దుకోవు (Fig. 9.13). అసమానతల ఇంటర్లాకింగ్ చాలా వరకు నివారించబడుతుంది. చలనం సజావుగా మారుతుంది. ఘర్షణను తగ్గించే పదార్థాలను లూబ్రికెంట్లు అంటారు. కొన్ని యంత్రాలలో, లూబ్రికెంట్గా నూనెను ఉపయోగించడం సముచితం కాకపోవచ్చు. కదిలే భాగాల మధ్య ఒక ఎయిర్ కుషన్ ఘర్షణను తగ్గించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.

Fig. 9.13 : లూబ్రికెంట్ యొక్క చర్య

ఉపరితలాలను పాలిష్ చేయడం లేదా పెద్ద మొత్తంలో లూబ్రికెంట్లను ఉపయోగించడం ద్వారా మనం ఘర్షణను సున్నాకి తగ్గించగలమా?

ఘర్షణను పూర్తిగా తొలగించడం ఎప్పటికీ సాధ్యం కాదు. ఏ ఉపరితలం కూడా పూర్తిగా మృదువుగా లేదు.

కొన్ని అసమానతలు ఎల్లప్పుడూ ఉంటాయి.

9.5 చక్రాలు ఘర్షణను తగ్గిస్తాయి

రోలర్లతో అటాచీలు మరియు ఇతర సామాను ముక్కలు ఫిట్ చేయబడినట్లు మీరు చూసి ఉండవచ్చు. ఒక పిల్లవాడు కూడా అలాంటి సామాను ముక్కలను లాగగలడు (Fig. 9.14). ఇది ఎందుకు అలా ఉంటుంది? చూద్దాం.

Fig. 9.14 : రోలింగ్ ఘర్షణను తగ్గిస్తుంది

కృత్యం 9.4

సిలిండర్ ఆకారంలో ఉన్న కొన్ని పెన్సిళ్లను తీసుకోండి. వాటిని ఒకదానికొకటి సమాంతరంగా ఒక టేబుల్పై ఉంచండి. దానిపై ఒక మందపాటి పుస్తకాన్ని ఉంచండి (Fig. 9.15). ఇప్పుడు పుస్తకాన్ని నెట్టండి. పుస్తకం కదులుతున్నప్పుడు పెన్సిళ్లు రోల్ అవుతున్నట్లు మీరు గమనించారు. ఈ విధంగా పుస్తకాన్ని కదిలించడం దానిని జార్చడం కంటే సులభంగా ఉందని మీరు భావిస్తున్నారా? పుస్తకం చలనానికి ప్రతిఘటన తగ్గిందని మీరు భావిస్తున్నారా? భారీ యంత్రాలను దాని కింద లాగ్లను ఉంచడం ద్వారా తరలించేది మీరు చూశారా?

Fig. 9.15 : రోలర్లపై పుస్తకం యొక్క చలనం

ఒక వస్తువు మరొక వస్తువు ఉపరితలంపై రోల్ అయినప్పుడు, దాని చలనానికి ఉన్న ప్రతిఘటనను రోలింగ్ ఘర్షణ అంటారు. రోలింగ్ ఘర్షణను తగ్గిస్తుంది. ఒక వస్తువును మరొక దానిపై జార్చడం కంటే రోల్ చేయడం ఎల్లప్పుడూ సులభం. అందుకే రోలర్లతో ఫ