Sürtünme kuvveti ve kinetik enerji nedir

Bir madde ya da yüzeyle temas hâlinde olan hareketli bir cismin hareketine devam etmesi için o cisme sürekli kuvvet uygulanması gerekir. Aksi hâlde hareketini devam ettiremez.

Cisimlerin hareket ettiği yüzeylerle arasında etkileşim vardır. Bu etkileşimden dolayı harekete karşı, zıt yönde bir tepki oluşur. Temas eden yüzeylerin arasında hareketi zorlaştıracak veya engelleyecek biçimde ortaya çıkan bu etkiye sürtünme kuvveti denir.

Hareket halindeki aracın tekerlekleri çakıllı yol ile yüzeyi ise hava sürtünmesine maruz kalır. Bu da aracın süratini azaltarak kinetik enerjinin ısı enerjisine dönüşmesine sebep olur. Sürtünmeli yüzeylerde bu yüzden mekanik enerji azalır. Isı enerjisi araç durduğunda tekerleklerden de hissedilir. Sürtünmenin sebep olduğu bu enerji kaybını önlemek için araçların tasarımı da ona göre dizayn edilir.

Sürtünme kuvveti, hareket hâlindeki cisimleri yavaşlatan hatta durduran bir kuvvet olduğundan cisimlerin süratinin azalmasına neden olur. Hareketli cisimlerin sürati azaldığında kinetik enerjileri de azalır.

Az pürüzlü yüzeylerde sürtünme kuvveti daha azdır. Bu sayede bir cismi az pürüzlü yüzeyde hareket ettirmek çok pürüzlü yüzeylere göre daha kolaydır. Sürtünme kuvveti ne kadar çoksa cisimlerin hareketi o kadar yavaş, kinetik enerjisi de o kadar az olur.

Islak ve kaygan zeminde hareket etmenin zor olmasının nedeni sürtünme kuvvetinin az olmasıdır. Hava ve su da içinde hareket eden cisimlere sürtünme kuvveti uygular. Havanın içinde hareket eden bir cisme hareketini engelleyici yönde etki eden sürtünme kuvvetine hava direnci denir.

Suda hareket eden bir cisme etki eden sürtünme kuvvetine ise su direnci denir.

Hava ve su direnci de cisimlerin süratinin dolayısıyla kinetik enerjisinin azalmasına neden olur. Bu nedenle hava ve suda hareket eden araçlar tasarlanırken hava ve su direncini azaltacak şekilde tasarlanır.

Hava ve suda hareket eden taşıtlar hava ve su direncinden en az etkilenecek şekilde tasarlanır. Bu şekilde üretilmiş araçların harcayacağı enerji miktarı azalacağından yakıt masrafında da önemli bir tasarruf gözlenir.

Özellikle yüksek hızla hareket eden taşıtların sivri burun yapıları, sürtünmeyi azaltıcı boyaları ve pürüzsüz yüzeyleri sürtünme kuvvetini en aza indirir.

Bazı durumlarda ise sürtünmenin yavaşlatıcı etkisinden yararlanmak için hava direnci artırılır. Örneğin paraşütçülerin yavaşça yere inmesini sağlamak için paraşüt yüzeyleri geniş olarak tasarlanır.

Hava ve su direnci canlılar üzerinde de etkilidir. Kuşların kanat ve kafa yapısı hava direncinden, balıkların gövde şekli de su direncinden en az etkilenecek şekildedir.

Potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşmesi için maddenin hareket etmesi gerekir. Hareket süresince birbirine temas eden yüzeylerde sıcaklık artışı olur. Sıcaklık artışının nedeni sürtünmedir. Hareket hâlindeki bir aracın
frenine kuvvetlice basıldığında yol ile tekerlek arasında güçlü bir sürtünme meydana gelir. Sürtünme kuvvetinin etkisi aracı kısa sürede durdurur.

Sürtünme ile azalan kinetik enerji, ısı enerjisi olarak ortaya çıkar. Bu enerji birbirine sürtünen iki cismin sıcaklığını artırır. Ani fren yapan araçların tekerleklerinde meydana gelen sıcaklık artışının nedeni de budur.