घर्षण

जब कोई ठोस पिंड, किसी स्थिर ठोस पिंड पर फिसलता/सरकता है, तो गतिमान पिंड पर स्थिर पिंड द्वारा संपर्क की सतह पर एक बल लगाया जाता है। इस बल को घर्षण बल कहा जाता है और यह हमेशा गति की दिशा के विपरीत दिशा में कार्य करता है।

घर्षण को एक पिंड द्वारा दूसरे पिंड पर लगाए गए संपर्क प्रतिरोध के रूप में परिभाषित किया जाता है, जब दूसरा पिंड चलता है या पहले पिंड से आगे बढ़ता है।

घर्षण पिंडों का एक गुण है, जिसके कारण एक स्थिर पिंड द्वारा गतिमान पिंड की गति का विरोध करने के लिए गतिमान पिंड पर बल लगाया जाता है। घर्षण संपर्क की सतह के समानांतर कार्य करता है और संपर्क की सतह की प्रकृति पर निर्भर करता है।

विभिन्न संपर्क सतहें हैं i) सूखी ii) आंशिक रूप से चिकनाई (चिकना) iii) पूरी तरह से चिकनाई युक्त (फिल्म चिकनाई)।

घर्षण बल को घटाया या बढ़ाया जाना चाहिए। घर्षण के बल को कम करने की आवश्यकता होती है जब संचरित शक्ति घर्षण के कारण आंशिक रूप से खो जाती है, चिकनाई वाली सतहों का उपयोग करके घर्षण को कम किया जाना चाहिए।

पारिभाषिक शब्दावली
क्षैतिज समतल सतह पर रखे एक ठोस पिंड पर विचार करें।

W = गुरुत्वाकर्षण के केंद्र के माध्यम से नीचे की ओर कार्यकारी पिंड का भार,

R = गुरुत्वाकर्षण के केंद्र के माध्यम से ऊपर की ओर  कार्यकारी पिंड की सामान्य प्रतिक्रिया,

P = क्षैतिज सतह के समानांतर गुरुत्वाकर्षण के केंद्र के माध्यम से पिंड पर कार्य करने वाला बल

यदि बल P छोटा है, तो पिंड गति नहीं करेगा क्योंकि F की विपरीत दिशा में पिंड पर लगने वाला घर्षण F बल, P से अधिक होगा। लेकिन जब ठोस पिंड गति के बिंदु पर होता है,अगर किसी बिंदु पर बल P बढ़ जाता है।

घर्षण का सीमित बल
उस बिंदु पर पिंड पर लगने वाला घर्षण F का बल, सीमित घर्षण बल कहलाता है। घर्षण के सीमित बल को F द्वारा निरूपित किया जाता है।

पिंड पर कार्य करने वाले क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर बलों को हल करके हम R = W तथा F = P प्राप्त करते हैं

गतिज घर्षण
यदि बल P को और बढ़ा दिया जाए तो, पिंड गति करने लगेगी। पिंड के गतिमान होने पर, पिंड पर लगने वाले घर्षण बल को गतिज घर्षण कहते हैं।

घर्षण का गुणांक (μ)

$$\mu = \frac{Limiting \ force \ of  \ friction} {Normal \ reaction} = \frac{F} {R} $$

F = μR ..........................(1)

शुष्क सतहों के लिए स्थैतिक घर्षण गुणांक का अनुमानित मान।

घर्षण-कोण (Φ)
घर्षण-कोण, सामान्य प्रतिक्रिया (R) के परिणामी और सामान्य प्रतिक्रिया (R) के साथ घर्षण (F) के सीमित बल द्वारा बनाया गया कोण है जिसे Φ द्वारा दर्शाया जाता है। चित्र-2 एक खुरदुरे क्षैतिज तल पर एक ठोस पिंड को टिका हुआ दिखाता है।

मान लीजिए S सामान्य प्रतिक्रिया (R) और सीमित घर्षण बल (F) का परिणाम है

घर्षण-कोण (Φ) = S और R के बीच का कोण

$$tan\Phi = \frac{F} {R} = \frac{\mu R} {R} $$ चूँकि F = μR (1) से

$$tan\Phi =\mu $$ ...................(2)

अतः घर्षण-कोण की स्पर्श रेखा, घर्षण के गुणांक के बराबर होती है।

घर्षण के प्रकार
संपर्क घर्षण में दो सतहों के गुण के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है:


 * स्थैतिक घर्षण - दो सतहें आपस में संपर्क में होती हैं और विरामावस्था में एक सतह द्वारा अनुभव किए जाने वाले बल को स्थैतिक घर्षण कहते हैं।
 * गतिक घर्षण - एक सतह गतिमान होती है जबकि दूसरी विरामावस्था में होती है, गतिमान सतह द्वारा बल अनुभव को गतिशील घर्षण कहा जाता है।

सतहों की स्थितियों के आधार पर घर्षण को इस प्रकार वर्गीकृत किया जाता है:


 * शुष्क घर्षण (Dry Friction)- किसी स्नेहक का प्रयोग न करने पर दो सतहों के बीच जो घर्षण होता है, उसे शुष्क घर्षण कहते हैं। इसे आगे वर्गीकृत किया गया है:

1) ठोस घर्षण(Solid Friction)- जब दो सतहों में एक दूसरे के सापेक्ष फिसलने की गति होती है, तो दो सतहों के बीच घर्षण को ठोस घर्षण के रूप में जाना जाता है।

उदाहरण: जब हम लकड़ी के बक्से को फर्श पर धकेलते हैं तो घर्षण उत्पन्न होता है।

2) लोटनिक घर्षण(Rolling Friction)- जब एक सतह दूसरी सतह पर लुढ़कती है, तो दो सतहों के बीच घर्षण को रोलिंग घर्षण के रूप में जाना जाता है।

उदाहरण : बॉल और रोलर बेयरिंग के बीच घर्षण
 * चिकना घर्षण(Greasy Friction)- जब संपर्क में दो सतहों के बीच स्नेहक की बहुत पतली परत होती है, तो उन सतहों के बीच घर्षण को चिकना घर्षण के रूप में जाना जाता है। स्नेहक सतहों पर अवशोषित हो जाता है और इन सतहों के बीच एक बहुत पतली फिल्म बनाता है।
 * श्यान घर्षण(Viscous Friction) - जब संपर्क में दो सतहों के बीच स्नेहक की एक मोटी परत होती है, तो उन सतहों के बीच घर्षण को श्यान घर्षण के रूप में जाना जाता है। यहां सतहें संपर्क में नहीं आती हैं और इसलिए एक दूसरे के खिलाफ रगड़ती नहीं हैं। सतहों पर केवल स्नेहक की मोटी परत के साथ रगड़ने की क्रिया होगी।

शुष्क घर्षण के नियम
$$
 * 1) घर्षण बल, उस विपरीत दिशा में कार्य करता है, जिसमें सतह की गति करने की प्रवृत्ति होती है।
 * 2) घर्षण बल, संपर्क में सतहों की खुरदरापन पर निर्भर करता है।
 * 3) घर्षण बल, दो सतहों के बीच संपर्क के क्षेत्र से स्वतंत्र होता है।
 * 4) घर्षण बल, उस बल के बराबर होता है जो पिंड को तब तक गति करने के लिए प्रेरित करता है जब तक कि पिंड स्थिर है।
 * 5) सीमित घर्षण (F) दो सतहों के बीच सामान्य प्रतिक्रिया (R) के लिए एक स्थिर अनुपात रखता है यानी $$\frac{F} {R} = \mu \ (constant)

बाहरी संबंध
Friction

Friction

यह भी देखें
Friction