5.1 Kitka

Kitka syntyy, kun kaksi pintaa hankaavat toisiaan.Se on siis kosketusvoima, joka pyrki estämään kappaleiden liikettä toisiinsa nähden. Kitkan suuruuteen vaikuttaa pintojen epätasaisuus ja voima, jolla pinnat painavat toisiaan.
Lepokitka estää kappaletta lähtemästä liikeelle. Erikoista on, että lepokitka on muuttuva voima. Suurinta lepokitkan arvoa sanotaan lähtökitkaksi.

Kitkavoima riippuu siis pintojen laadusta. Tätä kuvaa kitkakerroin m. Lepokitkaan vaikuttaa lepokitkakerroin m0 ja liikekitkaan liikekitkakerroin m.

Seuraava sovelma havainnollistaa kitkavoimaa. Kirjoita tekstikentiin kappaleen massa (muutamia kilogrammoja) ja lepokitkakerroin. Paina sitten syötä luvut-painiketta. Voit tämän jälkeen vetää varovasti kappaleen oikealla puolella näkyvästä vihreästä nuolen kärjestä. Tarkkaile kitkavoimavektorin ja kitkavoiman kuvaajan muutosta.

Huomaa, että lepokitka kasvaa aluksi kunnes saa maksiminsa
( = lähtökitka eli täysin kehittynyt lepokitka) , jonka jälkeen kappale lähtee liikeelle ja kitka on liikekitkaa. Näet myös, että liikekitka on pienempi kuin lepokitkan suurin arvo.

Taulukosta näet
1 ) kappaleen painon (joka on yhtä suuri kuin pinnan tukivoima N)
2) lähtökitkan arvon
3) lähtökitka jaettuna kappaleen painolla.
Mitä havaitset taulukon arvoista ?

Tutkitaan, miten vino vetävä voima vaikuttaa kitkaan. Alla näet vetävän voiman F sinisenä vektorina sekä sen vaaka- ja pystykomponentit Fx ja Fy. Komponentithan ovat voimia, jotka yhdessä vaikuttavat kuten alkuperäinen voima. Vedä F:n kärjestä hiirellä tasaisesti ja näet miten

1) Fy vaikuttaa pinnan tukivoimaan N
2) Tukivoiman N muuttuessa kitkavoima muuttuu.

Tarkkaile N:n ja Fm :n arvoja ja toisaalta vakiona pysyvää painovoimaa. Mikä riippuvuus niiden välillä vallitsee?

Jos kappale pysyy maan pinnalla, on N + Fy = mg (miksi?).

Kappaleen ollessa vaakapinnalla Fm = mN , missä N = pinnan tukivoima . Jos vetävää voimaa ei ole tai se on vaakasuora, niin N = mg. Jos taas vetävän voiman pystykomponentti Fy kasvaa, se pyrkii nostamaan kappaletta voimakkaammin ylöspäin ja pienentää näin tukivoimaa N.
Siten Fm = mN pienenee, kun Fy kasvaa.

Jos Fy kasvaa riittävästi, se voi viimein ylittää painovoiman mg ja kappale irtoaa maan pinnalta.

Jos hiirikätesi on tarpeeksi vakaa, voit arvioida lepokitkakerrointa ja liikekitkakerrointa tässä tapauksessa. Keksitkö miten?