Friction MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Friction - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

संप्रत्यय:

गति प्रारंभ होने से पहले अधिकतम घर्षण बल दिया गया है:

$F_{max}=\mu .N$

जहाँ:

F_max = अधिकतम स्थैतिक घर्षण

$\mu$ = स्थैतिक घर्षण गुणांक

N = अभिलम्ब प्रतिक्रिया बल (क्षैतिज सतह के लिए भार के बराबर)

परिकलन:

दिया गया है: W = 50 N; $\mu =0.4$

$F_{max}=0.4\times 50=20N$

व्याख्या:

घर्षण संपर्क में सतह क्षेत्र से स्वतंत्र है।

• घर्षण मुख्य रूप से अभिलम्ब बल (वजन या दो सतहों को एक साथ दबाने वाला बल) और संपर्क में सामग्रियों की प्रकृति पर निर्भर करता है, लेकिन सतह क्षेत्र पर नहीं।
• सतह क्षेत्र बढ़ाने से घर्षण बल पर सीधा प्रभाव नहीं पड़ता है।

अतिरिक्त जानकारी

• स्थैतिक घर्षण आमतौर पर गतिज घर्षण से अधिक होता है।
• स्थैतिक घर्षण किसी वस्तु की प्रारंभिक गति का विरोध करता है, जबकि गतिज घर्षण तब कार्य करता है जब वस्तु गति में होती है, और आमतौर पर स्थैतिक घर्षण से कम होता है।
• घर्षण संपर्क में सतहों की प्रकृति (खुरदरापन, सामग्री का प्रकार, आदि) पर निर्भर करता है। घर्षण गुणांक शामिल सामग्रियों के साथ बदलता रहता है।
• घर्षण अभिलम्ब प्रतिक्रिया बल (सतहों को एक साथ दबाने वाला बल) के समानुपाती होता है। अभिलम्ब बल जितना अधिक होगा, घर्षण उतना ही अधिक होगा।

व्याख्या:

ट्राइबोलॉजी:

• ट्राइबोलॉजी एक बहु-विषयक क्षेत्र है जो आपेक्षिक गति में परस्पर क्रिया करने वाली सतहों के घर्षण, स्नेहन और घिसाव के सिद्धांतों का अध्ययन करता है। यह इंजीनियरिंग का एक आवश्यक पहलू है जो मशीनरी और यांत्रिक प्रणालियों की दक्षता, विश्वसनीयता और लंबे समय तक चलने को प्रभावित करता है।
• ट्राइबोलॉजी में तीन मुख्य घटनाएँ शामिल हैं: घर्षण, स्नेहन और घिसाव। इनमें से प्रत्येक का यांत्रिक प्रणालियों के प्रदर्शन और रखरखाव पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

घर्षण:

• घर्षण गति का प्रतिरोध है जो तब होता है जब दो सतहें एक दूसरे के विरुद्ध खिसकती हैं। यह यांत्रिक डिजाइन में एक महत्वपूर्ण कारक है क्योंकि यह मशीनों की ऊर्जा दक्षता को प्रभावित करता है। जबकि घर्षण कुछ संदर्भों में फायदेमंद हो सकता है (जैसे, वाहनों के लिए कर्षण प्रदान करना), यह अक्सर यांत्रिक प्रणालियों में ऊर्जा हानि और घिसाव की ओर ले जाता है।

घर्षण के दो प्राथमिक प्रकार हैं:

• स्थिर घर्षण: दो स्थिर सतहों के बीच गति की शुरुआत का प्रतिरोध।
• गतिज घर्षण: प्रतिरोध का सामना तब किया जाता है जब दो सतहें पहले से ही आपेक्षिक गति में हैं।

उचित सामग्री चयन और सतह उपचार के माध्यम से घर्षण को कम करने से यांत्रिक घटकों के प्रदर्शन और स्थायित्व में काफी वृद्धि हो सकती है।

स्नेहन:

स्नेहन दो सतहों के बीच किसी पदार्थ (स्नेहक) का अनुप्रयोग है ताकि घर्षण और घिसाव को कम किया जा सके। स्नेहक तरल, ठोस या गैस हो सकते हैं, और वे एक पतली फिल्म बनाते हैं जो परस्पर क्रिया करने वाली सतहों को अलग करती है, प्रत्यक्ष संपर्क और परिणामस्वरूप, घर्षण और घिसाव को कम करती है।

स्नेहन के विभिन्न प्रकार हैं:

• हाइड्रोडायनामिक स्नेहन: स्नेहक की एक मोटी फिल्म पूरी तरह से सतहों को अलग करती है, प्रत्यक्ष संपर्क को रोकती है। यह प्रकार द्रव फिल्म बेयरिंग में आम है।
• सीमा स्नेहन: स्नेहक की एक पतली फिल्म मौजूद होती है, और सतह की खुरदरापन संपर्क में आ सकती है। यह प्रकार उन स्थितियों में विशिष्ट है जहाँ पूर्ण द्रव फिल्म स्नेहन बनाए नहीं रखा जा सकता है।
• मिश्रित स्नेहन: हाइड्रोडायनामिक और सीमा स्नेहन का संयोजन।
• ठोस स्नेहन: ठोस पदार्थों (जैसे, ग्रेफाइट, मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड) का उपयोग स्नेहक के रूप में किया जाता है, खासकर उच्च तापमान या निर्वात वातावरण में।

प्रभावी स्नेहन घिसाव को कम करने, अति ताप को रोकने और यांत्रिक घटकों के जीवनकाल को बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण है।

घिसाव:

घिसाव यांत्रिक क्रिया के कारण ठोस पिंड की सतह से सामग्री का प्रगतिशील नुकसान है। यह ट्राइबोलॉजी में एक महत्वपूर्ण चिंता का विषय है क्योंकि यह यांत्रिक प्रणालियों की विश्वसनीयता और लंबे समय तक चलने को प्रभावित करता है। विभिन्न प्रकार के घिसाव तंत्र में शामिल हैं:

• अपघर्षक घिसाव: सतह पर खिसकने वाले कठोर कणों या खुरदरापन के कारण सामग्री का हटाना।
• आसंजक घिसाव: संपर्क बिंदुओं पर मजबूत आसंजन बलों के कारण सतहों के बीच सामग्री का स्थानांतरण।
• थकान घिसाव: चक्रीय लोडिंग और अनलोडिंग के कारण सामग्री का हटाना, जिससे दरार की शुरुआत और प्रसार होता है।
• संक्षारक घिसाव: रासायनिक या विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कारण सामग्री का हटाना।

घिसाव तंत्र को समझना और उचित प्रतिवादों (जैसे, सतह उपचार, सामग्री चयन) को लागू करना यांत्रिक प्रणालियों के स्थायित्व और प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए आवश्यक है।

ट्राइबोलॉजी का महत्व:

ट्राइबोलॉजी ऑटोमोटिव, एयरोस्पेस, विनिर्माण और ऊर्जा सहित विभिन्न उद्योगों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इसके महत्व को इस प्रकार संक्षेपित किया जा सकता है:

• ऊर्जा दक्षता: घर्षण हानि को कम करने से मशीनों और प्रणालियों की ऊर्जा दक्षता में सुधार होता है, जिससे लागत बचत और पर्यावरणीय प्रभाव कम होता है।
• विश्वसनीयता और प्रदर्शन: उचित स्नेहन और घिसाव प्रबंधन यांत्रिक घटकों की विश्वसनीयता और प्रदर्शन को बढ़ाता है, जिससे डाउनटाइम और रखरखाव लागत कम होती है।
• लंबे समय तक चलना: घिसाव को कम करने से मशीनरी का जीवनकाल बढ़ जाता है, जिससे लंबे समय तक सेवा अंतराल और कम प्रतिस्थापन लागत आती है।
• सुरक्षा: प्रभावी ट्राइबोलॉजिकल प्रथाएँ महत्वपूर्ण यांत्रिक प्रणालियों के सुरक्षित संचालन को सुनिश्चित करती हैं, जिससे दुर्घटनाओं और विफलताओं को रोका जा सकता है।

संप्रत्यय:

समय-परिवर्ती बल के अधीन एक ब्लॉक तब त्वरण का अनुभव करता है जब लगाया गया बल घर्षण से अधिक हो जाता है। न्यूटन के दूसरे नियम और गतिज समीकरणों का उपयोग करके अंतिम वेग की गणना की जाती है।

दिया गया है:

ब्लॉक का भार, W = 2 kN = 2000 N

घर्षण गुणांक, μ = 0.2

g = 10 m/s², समय = 3 s

लगाया गया बल, P = 600 N (ग्राफ से)

गणना:

सामान्य प्रतिक्रिया, N = W = 2000 N

घर्षण बल, $f=\mu N=0.2\times 2000=400N$

शुद्ध बल, $F_{\text{net}}=600-400=200N$

ब्लॉक का द्रव्यमान, $m=\frac{W}{g}=\frac{2000}{10}=200kg$

त्वरण, $a=\frac{F_{\text{net}}}{m}=\frac{200}{200}=1m/s^2$

गतिज समीकरण का उपयोग करके, $v=u+at=0+1\times 3=3m/s$

व्याख्या:

स्थिर घर्षण

स्थिर घर्षण वह बल है जो दो सतहों के बीच फिसलने की गति की शुरुआत का विरोध करता है जो संपर्क में हैं और विराम में हैं। यह सीमांत स्थिर घर्षण तक पहुँचने तक ठीक उसी के बराबर और विपरीत होने के लिए समायोजित होता है। निम्नलिखित कथन स्थिर घर्षण के विभिन्न पहलुओं का वर्णन करते हैं:

• जब लगाया गया बल सीमांत घर्षण से कम होता है, तो पिंड विराम में रहता है। यह कथन सही है क्योंकि स्थिर घर्षण लगाए गए बल को संतुलित करने के लिए समायोजित होगा, जिससे गति रुक जाएगी।

• घर्षण बल दो सतहों के बीच संपर्क के क्षेत्रफल पर निर्भर करता है। यह कथन गलत है। स्थिर घर्षण सतहों की प्रकृति और अभिलंब बल पर निर्भर करता है, लेकिन संपर्क क्षेत्र पर नहीं।

• स्थिर घर्षण बल एक स्व-समायोजित बल है; इसका परिमाण ठीक उसी के बराबर और विपरीत होता है जो बल गति उत्पन्न करने का प्रयास करता है। यह कथन सही है क्योंकि स्थिर घर्षण अपनी अधिकतम सीमा तक लगाए गए बल से मेल खाने के लिए समायोजित होता है।

• यदि सतहें सूखी (चिकनाई रहित) हैं, तो सतहों के बीच घर्षण को ठोस घर्षण के रूप में जाना जाता है। यह कथन सही है क्योंकि "ठोस घर्षण" शब्द सूखी सतहों के बीच घर्षण को संदर्भित करता है।

अवधारणा:

घर्षण बल निम्न द्वारा दिया गया है:

f = μN

जहां μ संपर्क में सतहों के बीच घर्षण का गुणांक है, N घर्षण बल के लिए लंबवत लंब बल है।

गणना:

दिया हुआ:

μ = 0.1, m = 1 kg, F = 0.8 N

अब, हम जानते हैं कि

नीचे दिखाए गए अनुसार FBD से

लंबवत प्रतिक्रिया, N = mg = 1 × 9.81 = 9.81 N

ब्लॉक और सतह के बीच परिसीमन घर्षण बल, f = μN = 0.1 × 9.81 = 0.98 N

लेकिन लागू बल 0.8 N है जो परिसीमन घर्षण बल से कम है।

∴ दिए गए मामले के लिए घर्षण बल 0.8 N है।

संकल्पना:

किसी घर्षण संबंधी फर्श और ऊर्ध्वाधर दिवार के बीच विराम सदैव सभी स्थैतिक समतुल्यता स्थिति को संतुष्ट करेगा। 

∑ F_x = ∑ F_y = ∑ M_{at any point} = 0

गणना:

दिया गया है:

सीढ़ी की लम्बाई (AB) = 5 m, OB = 3 m 

माना कि W सीढ़ी का वजन होगा, NB और NA समर्थन प्रतिक्रिया होगी, θ सीढ़ी और फर्श के बीच का कोण है और μ सीढ़ी और फर्श के बीच का घर्षण गुणांक है। 

सीढ़ी का बल निर्देशक आरेख;

;

OA² = AB² - OB² , OA2 = 52 - 32 

OA2 = 16, OA = 4 m

Δ OAB से,

$\cos \theta =\frac{3}{5}$

अब ∑ Fy = 0 लागू करने पर 

N_B = W 
अब बिंदु A के चारों ओर आघूर्ण लीजिए, जिसे शून्य के बराबर होना चाहिए। 

∑ MA = 0

$\left(\mu N_B\times 4\right)+\left(W\times \frac{5}{2}\times \cos \theta \right)=N_B\times 3$

$\left(\mu N_B\times 4\right)+\left(N_B\times \frac{5}{2}\times \frac{3}{5}\right)=N_B\times 3$

$\left(\mu \times 4\right)+\left(\frac{3}{2}\right)=3$

$\mu =\frac{3}{8}$

अतः सीढ़ी और फर्श के बीच घर्षण के गुणांक का मान 3/8 होगा। 

संकल्पना:

यदि सिलेंडर को V ब्लॉक के बीच संतुलित रूप से रखा गया है, तो हम दोनों सतहों पर बराबर सामान्य प्रतिक्रिया प्राप्त करेंगे। 

गणना:

दिया गया है:

प्रवृत्त सतहों पर V ब्लॉक के बीच का कोण = 2α

माना कि V ब्लॉक की आकृति सममितीय है और प्रणाली समतुल्यता के अधीन है, तो हमारे पास निम्न है,

2 × N × cos (90 - α) = W

2 × N × sin α = W

N = $\frac{W}{2\sin \alpha }$

अतः बिंदु A पर सामान्य प्रतिक्रिया $\frac{W}{2\sin \alpha }$ है। 

संकल्पना:

गतियों का समीकरण निम्न है

v = u + at 

v² = u² + 2as                

$s=ut+\frac{1}{2}a{t}^2$

गणना:

दिया गया है:

ब्लॉक का द्रव्यमान, m = 5 kg, तल का प्रवृत्त कोण, θ = 30°, ब्लॉक का प्रारंभिक वेग, u = 0 m/s, ब्लॉक द्वारा तय की गयी दूरी, s = 3.6 m 

तल के झुकाव के साथ ब्लॉक पर लगाया जाने वाला बल =  $mg\sin {30}^{\circ }=5\times 10\times \frac{1}{2}\Rightarrow 25N$

प्रवृत्त तल के साथ ब्लॉक का त्वरण, a = $g\sin {30}^{\circ }=5m/s^2$ 

प्रवृत्त तल के साथ गति के समीकरण को लागू करने पर। 

v² = u² + 2as

v² = 0 + 2 × 5 × 3.6

∴ v = 6 m/s

अवधारणा:

जैसे ही बल निकाय पर लगाया जाता है, घर्षण बल निकाय पर कार्य करता है जो लगाए गए बल के विपरीत होगा।

जैसे-जैसे P का मान बढ़ता जा रहा है, किसी न किसी स्तर पर ठोस निकाय गति की सीमा पर होगा।

इस अवस्था के अनुरूप घर्षण बल को घर्षण का सीमांत बल कहा जाता है।

घर्षण बल fL = μN द्वारा दिया जाता है; जहाँ N सामान्य बल है।

यदि P > fL, तो कार्यरत घर्षण बल fL होगा;

यदि P < fL, तो कार्यरत घर्षण बल P होगा;

गणना:

दिया गया है:

m = 2 किग्रा, μ = 0.1; P = 1 N;

N = mg ⇒ 2 × 9.81 = 19.62 N

अब सीमित घर्षण बल होगा

fL = μN = 0.1 × 19.62 = 1.962 N;

यहाँ P < fL, 

इसलिए, कार्यरत घर्षण बल P = 1 N होगा।

Concept:

To determine the magnitude of the friction force ($F_s$) when an external force of 1 N is applied to a 1 kg block, we need to use the formula for frictional force:

Given:

• $\mu$ is the coefficient of friction
• $N$ is the normal force

Values:

• $\mu =0.3$
• Mass of the block $m=1\text{kg}$
• Gravitational acceleration $g=10{\text{m/s}}^2$
• Applied force $F=1\text{N}$

​

First, we calculate the normal force $N$:

$N=m\cdot g=1\text{kg}\times 10{\text{m/s}}^2=10\text{N}$

Next, we calculate the frictional force $F_s$:

$F_s=\mu \cdot N=0.3\times 10\text{N}=3\text{N}$

Since the frictional force is 3 N, and the applied force is 1 N, the block does not move because the applied force is less than the maximum static friction force.

Hence, the actual friction force will be equal to the applied force (since the block is not moving):

$F_s=1\text{N}$

Therefore, the magnitude of the friction force is:

4) 1 N

वर्णन:

कूलम्ब के घर्षण का नियम

• कूलम्ब के सर्पी घर्षण का नियम शुष्क संपर्क वाली सतहों के बीच घर्षण के सबसे मौलिक और साधारण मॉडल को दर्शा सकता है। 
• जब सर्पी होता है, तो कूलम्ब का नियम बताता है कि स्पर्शीय घर्षण बल सामान्य संपर्क बल के परिमाण के समानुपाती होता है। 
• यह सापेक्षिक स्पर्शीय वेग से स्वतंत्र होता है। 

• जब संपर्क वाले निकाय एक-दूसरे के सापेक्ष फिसलने या फिसलने के लिए प्रवृत्त होते हैं, तो स्पर्शीय बल उत्पादित होते हैं। 
• इन बलों को विशेष रूप से घर्षण बल के रूप में संदर्भित किया जाता है। 
• तीन मूल सिद्धांतों को स्थापित किया गया है अर्थात्:
  • घर्षण बल दो संपर्क वाली निकायों के बीच सापेक्षिक गति की दिशा के विपरीत दिशा में कार्य करते हैं। 
  • घर्षण बल संपर्क पर सामान्य भार के समानुपाती होता है। 
  • घर्षण बल संपर्क के सामान्य क्षेत्रफल से स्वतंत्र होता है। 

वर्णन:

• जब एक सीढ़ी किसी सुचारु क्षैतिज सतह पर विरामावस्था पर है और रुक्ष ऊर्ध्वाधर दिवार के विपरीत झुकी हुई है। 
• जैसा आकृति से देखा जाता है, सीढ़ी का निचला छोर सीढ़ी की ओर पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव के कारण क्षैतिज रूप से गति करना प्रारंभ करेगा।  
• चूँकि सतह सुचारु है, इसलिए सुचारु क्षैतिज सतह पर कोई घर्षण बल नहीं होगा।
• लेकिन चूँकि सीढ़ी क्षैतिज रूप से गति करता है, इसलिए सीढ़ी का ऊपरी छोर नीचे की ओर गति करता है और सीढ़ी के नीचे की ओर की यह गति ऊपरी दिशा में घर्षण बल का विरोध करेगी चूँकि दिवार रुक्ष है। 

संकल्पना:

घर्षण: घर्षण एक विपरीत बल है जो तब उपयोग में आता है जब निकाय वास्तव में दूसरे निकाय की सतह पर गति (फिसलने या घूमने) या चलने की भी कोशिश करती है।

• स्थैतिक घर्षण (Fs): वह विपरीत बल जो तब सक्रीय होता है जब निकाय में सतह के ऊपर गति करने की प्रवृत्ति होती है, लेकिन वास्तविक गति अभी तक प्रारंभ नहीं हुई होती है। 
• गतिज घर्षण (Fk): गतिज घर्षण या गतिशील बल एक विपरीत बल है जो तब सक्रिय होता है जब निकाय वास्तव में दूसरी सतह पर गतिमान होती है। 
  • Fk < Fs​

μs (स्थैतिक घर्षण का गुणांक) तब प्रभावी होता है जब निकाय विरामावस्था पर होती है और निकाय की गति का विरोध पूर्ण रूप से घर्षण संबंधी बल द्वारा किया जाता है। 

μk (गतिज घर्षण का गुणांक) तब प्रभावी होता है जब निकाय गति में होती है और इसकी गति का विरोध घर्षण बल द्वारा कुछ छोटे भाग के लिए किया जाता है। 

क्योंकि स्थैतिक घर्षण केवल अपने अधिकतम मान पर गतिज घर्षण से अधिक होता है।

1. इसके अधिकतम मान पर स्थैतिक घर्षण का गतिशील घर्षण से अनुपात हमेशा एक से अधिक होता है।
2. स्थैतिक घर्षण से गतिशील घर्षण का अनुपात एक से अधिक और एक के बराबर भी होता है।

वर्णन:

• घर्षण का गुणांक संपर्क में दो सतहों के पदार्थ और रुक्षता पर निर्भर करता है। 
• सामान्य तौर पर μs (स्थैतिक घर्षक का गुणांक) μk (गतिज घर्षक का गुणांक) की तुलना में थोड़ा अधिक होता है। 
• जब तक सामान्य बल स्थिर होता है, तब तक अधिकतम संभव घर्षण संपर्क के सतहों के क्षेत्रफल पर निर्भर नहीं करता है। 
• शुष्क सतहों के लिए परिसीमा घर्षण का नियम:
  • जब दो निकाय संपर्क में होते हैं, तो उनमें से किसी एक पर घर्षण के बल की दिशा उस दिशा के विपरीत होती है जिसमें इस निकाय के गति करने की प्रवृत्ति होती है। 
  • घर्षण बल सतहों के संपर्क के क्षेत्रफल से स्वतंत्र होता है। 
  • जब एक निकाय दूसरे निकाय के ठीक फिसलन के बिंदु पर होती है, तो अधिकतम घर्षण बल को लगाया जाता है; इसे परिसीमा घर्षण कहा जाता है। 
  • घर्षण बल संपर्क में दो निकायों के पदार्थो के प्रकार पर निर्भर करता है। घर्षण का गुणांक संपर्क में दो सतहों के पदार्थ और रुक्षता पर निर्भर करता है। 
  • परिसीमा घर्षण बल उस सामान्य बल के समानुपाती होता है जो संपर्क में निकायों के बीच कार्य करता है। 
  • घर्षण बल और सामान्य प्रतिक्रिया का अनुपात स्थिर होता है और इसे घर्षण के गुणांक अर्थात् μ = F/N के रूप में जाना जाता है। 
  • परिसीमा स्थैतिक घर्षण गतिज घर्षण की तुलना में थोड़ा अधिक होता है। 
  • गतिज घर्षण संपर्क में निकायों के सापेक्षिक वेग से स्वतंत्र होता है।