Sürtünme Hakkında..

Ya Sürtünme Olmasaydı?

Hep enerji kaybı olarak görülen sürtünme olmasaydı? Bütün mekanik işlerinizi %100 verim ile gerçekleştirebileceğinizi düşünüyorsanız, yanılıyorsunuz. Neden mi? Buyurun birlikte bakalım.

 Öncelikle sürtünme nedir, sürtünme kuvveti nedir onu tanımlayalım.

 Sürtünme Nedir?

Sürtünme, yüzeyler arasında pürüzlerin birbirleriyle olan etkileşimleri sonucu ortaya çıkan fiziksel bir niceliktir. Skaler bir nicelik olmakla birlikte, yönü vardır. Fakat siz ne iş yapıyorsanız mutlaka zıt yöndedir. Bu yüzden hep negatif değer alır ve enerji kayıplarına sebep olur. İstenmeyen bir durum olarak görülür. Fakat..

Arabaların hareket etmesini ve durmasını, hatta sizin dahi yürümenize olanak sağlayan nicelik sürtünmedir. Birimi ve boyutu yoktur. Fizikte “k” sabiti ile ifade edilir. 1 ile 0 arasında değer alır. [Sürtünme kuvveti = Yüzeye uygulanan kuvvet (mg) x Sürtünme sabiti (k) ]

Sürtünme kuvveti, birbiriyle etkileşim içinde olan yüzeylerin cinsine bağlıdır. Hareket başlatamaz.

Yer ile temas halindeki bir araç kendi motorunun gücüyle en fazla, yeryüzünde yer çekimi ivmesinin (g=9.81 m/s^2) sürtünme katsayısı ile çarpılması sonucu elde edilen ivme kadar ivmelenebilir. Sürtünme katsayısının en büyük değeri 1 olduğundan bir aracın maksimum ivmesi yer çekimi ivmesi kadar olabilir. Bu da g=a=9.81 m/s^2 dir

Eğer aracınızı yere daha fazla yapıştıracak bir kuvvet yoksa bu eşitlik geçerlidir. (Fazladan sürtünme gereken zamanlarda manyetik kuvvetlerle veya aerodinamik etkiyle bu iş yapılmaktadır.) Yani sizin altınızda Bugatti Veyron dahi olsa, maksimum ivmeniz 9.81 m/s^2 yi geçemez ki zaten, Bugatti Veyron’un 0–100 km arasını 2.83 saniyede gitmesini göz önünde bulundurursak, elde edilebilecek en yüksek ivme ile hareket ettiğini görürüz.

 Peki ya sürtünme olmasaydı?

Hiç bowling oynadınız mı? Bowlingte faul çizgisinden ileriye geçmek yasaktır. Zaten isteseniz de yürüyemezsiniz orada. Ahşap olarak gördüğünüz o zeminin sadece altı ahşaptır. Üzerinde 1mm den ince oldukça pürüzsüz (sürtünmesi çok düşük) bir kaplama vardır. Cilalı gibi görünmesinin sebebi de budur. Hatta yeterince hızlı attığınız bowling topunuz sürüklenme hareketi yapacaktır. Yuvarlanmaz. Çünkü yüzey  o kadar pürüzsüzdür ki, yuvarlanabilmesi için gereken sürtünmeye ulaşamaz.

Sürtünme olmasaydı, lastik ile yol arasında bir yol tutuşu olmayacağından Veyronun gaz pedalına sonuna kadar bassanız dahi, çekiş lastikleriniz sadece patinaj yapacaktır. Sürtünme olmadığında aracınızın ivmesini hesaplayalım.

Maksimum ivme hesabı;

M aracın kütlesi, a aracın ivmesi, g yer çekimi ivmesi, k sürtünme katsayısı.

M x g x k = M x a

Kütle önemsizdir, taraf tarafa gider. Elde kalan denklem g x k = a dır.

g=9.81, k = 0 alırsak, (sürtünme olmadığını varsayıp k yı 0 alıyoruz.)

a = 0 gelecektir. Yani aracınız dışarıdan başka bir kuvvete maruz kalmadıkça, kendi motorunun gücü ile ivmelenemez. Yukarıda da belirttiğim gibi, patinaj yapacaktır.

Benzer durum hız kazanmış bir aracın durması veya yavaşlaması halinde de ortaya çıkar. Zaten yağmurlu havalarda ıslak zemin üzerinde araçların daha zor durmasının sebebi de sürtünme katsayısının düşmesidir. Aynı olayı, buz tutmuş zeminde yürüdüğünüzü düşünürseniz yine fark edeceksiniz. Siz istediğiniz kadar gitmek için çabalayın, harcadığınız enerji size öteleme hareketi yerine patinaj yaptırır ;)

Ayrıca, araçlarınızda bulunan vantilatör kayışını hepiniz bilmektesiniz. O prensipte çalışan tüm kayışlı ve kasnaklı mekanizmalarda sürtünme sayesinde dönebilmektedir. Hiç trigger seti değiştiniz mi bilmem, fakat trigger kayışı sıkılırken 1–1,5 cm esneme payı bırakılır. Bunun sebebi, çok sıkarsanız kayış üzerindeki gerilim artmakla beraber, yatağına fazlasıyla baskı uygular ve krank milinin dönme momentinin büyük kısmını yer. Çok olmasa da çekişte güçten kayıp yaratır. Zaten kendi de o gerilime dayanamaz boyun verir ve kopar. Az sıkarsanız ise "sıyırır". Kayış sıyırması sonucu kranktan gelen dönme hareketi eksantrik miline tam olarak aktarılamaz, manifold zamanlamasında sıkıntı yaratacaktır. Yani, tüm kayış ve kasnaklarda tam istenen sürtünme oranı yakalanmalı. Aksi takdirde işiniz aksayacaktır.

Şimdi de frenleme mekanizmalarında sürtünme etkisine bakalım.

Bir açısal hıza sahip tekerleği yavaşlatmak için sürtünmeye ihtiyacımız olduğunu hepimiz biliyoruz. Fakat buradaki sorunda, güvenli frenleme ve tamamen durabilmedir. Frenlerinizin ürettiği fren kuvveti aracınızın kütlesine bölündüğünde aracınızın yavaşlama (fren) ivmesini bulursunuz. Eğer aracınızın yavaşlama ivmesi, yerle arasındaki sürtünme katsayısı ile yer çekimi ivmesinin çarpımından büyük olursa -tekerleğinizin dönmek için sürtünmeye ihtiyacı olduğunu da unutmayalım- bu kez tekerleriniz dönmeyi bırakıp kayma hareketi yapacaktır. Kayma durumunda ise, statik sürtünme katsayısı yaklaşık %30 bir azalma gösterecektir. Kaymaya başladığınız anda kinetik sürtünme ile yavaşlamaktasınızdır. Bu da normal seyir halindeyken maruz kaldığınız statik sürtünmeden az olduğundan fren mesafeniz uzayacaktır. Mühendisler bu sorunu ABS (Anti-Blockier System) ile çözmüşlerdir.

 ABS (Anti-Blockier System) Nedir?

 ABS, tekerleklerin her birinde açısal hız ve ivme takibi yapan sensörlerin ölçümledikleri bu değerleri elektronik bir işlemciye göndermesi ve işlemci tarafından yorumlanması sonucu, işlemcinin tekerlerin dönebilecekleri kadar bir ivme payı ve sürtünme bırakmasıyla çalışan bir sistemdir. 

Sadece gerektiği kadar fren ivmesi oluşturmanızı sağlar ve aracınızın kaymadan, kontrolünüzden çıkmadan güvenle durmasına yardımcı olur. Halk arasında yaygın olarak bilinen ‘ABS fren mesafesini uzatıyor’ söylemleri asılsızdır. Aksine, statik sürtünmeyi sonuna kadar kullanmanızı sağlar ve kaymadan durmanız, daha çabuk durmanız demektir.

Sürtünme sandığınız kadar kötü bir şey değilmiş öyle değil mi? :)

Okan Gençoğlu

Malzeme Bilimi ve 
Mühendisliği Öğrencisi