🔟 தரம் 10 · அலகு 5

உராய்வு

Friction

★★★☆☆ உராய்வுநிலை உராய்வுஇயங்குball bearing

ஒரு புத்தகத்தை மேசை மீது சற்று தள்ளுங்கள் — சிறிது தூரம் சென்று தானாக நின்றுவிடுகிறது. ஏன்? நியூற்றனின் 1வது விதிப்படி, இயக்கத்திலுள்ள பொருள் ஒன்று — வெளி விசை செயற்படாதவரை — தொடர்ந்து இயங்க வேண்டுமே! ஆனால் எங்கேயோ ஒரு விசை அதை நிறுத்தியிருக்கிறது. அந்த அமைதியான, காணமுடியாத, ஆனால் எங்கும் நிறைந்திருக்கும் விசையே உராய்வு (friction). இவ்வலகில் — உராய்வு எங்கே, ஏன், எப்படிக் கூடுகிறது, அதன் நன்மை-தீமைகள், அதை எப்படி குறைப்பது / பயன்படுத்துவது என்பவற்றைக் கற்போம்.

1. உராய்வு என்றால் என்ன?

இரு பரப்புகள் ஒன்றோடொன்று தொட்டுக்கொண்டிருக்கும்போது — அவற்றுக்கிடையே ஏற்படும், சார்பு இயக்கத்தை எதிர்க்கும் விசையே உராய்வு.

அதாவது ஒரு பொருளை மற்றொரு பரப்பு மீது நழுவ வைக்க முயற்சித்தால், அந்த நழுவல் திசைக்கு எதிராக ஒரு விசை எழுகிறது. அதே ஒரு பொருள் ஏற்கனவே நகர்ந்து கொண்டிருந்தால், அதன் இயக்கத்தை மெதுவாக்கி நிறுத்துவதற்கும் இதே விசையே காரணம்.

ஏன் ஏற்படுகிறது? எந்த ஒரு பரப்பும் — பார்வைக்கு மென்மையாக இருந்தாலும் — நுண்நோக்கியில் நெளிவான, கூரிய மலைகள் கொண்டது. இரு பரப்புகள் தொட்டுக் கொள்ளும்போது, இந்த மலைகள் ஒன்றோடொன்று பின்னிக்கொள்கின்றன — நழுவலை எதிர்க்கின்றன. அதே உராய்வு.

2. உராய்வின் மூன்று வகைகள்

2.1 ஓய்வு உராய்வு இல்லாத நிலை

ஒரு பொருள் மேசை மீது வெறுமனே வைக்கப்பட்டுள்ளது — யாரும் தள்ளவில்லை. அதன் மீது உராய்வு எதுவும் செயற்படவில்லை. ஏனெனில் சார்பு இயக்க முயற்சியே இல்லை.

2.2 சம உராய்வு / நிலை உராய்வு (Static friction)

அதே பொருளை இப்போது மெதுவாக ஒரு திசையில் தள்ள ஆரம்பிக்கின்றோம் — ஆனால் பொருள் இன்னும் நகரவில்லை. ஏன்? நாம் செலுத்தும் விசைக்கு சம அளவில், எதிர்த் திசையில் ஒரு நிலை உராய்வு எழுந்து பொருளை ஓய்விலேயே வைத்திருக்கிறது. நாம் தள்ளும் விசை கூடினால் — நிலை உராய்வும் ஒத்துப்போய்க் கூடுகின்றது.

ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு வரை மட்டுமே நிலை உராய்வு கூடும். அந்த அளவை — உச்சபட்ச நிலை உராய்வு — தாண்டினால், பொருள் நழுவ ஆரம்பிக்கிறது.

2.3 இயங்கு உராய்வு (Kinetic / sliding friction)

பொருள் நழுவ ஆரம்பித்த பிறகு செயற்படும் உராய்வே இயங்கு உராய்வு. இது நிலை உராய்வை விட சிறிது குறைவாகவே இருக்கும். அதனாலேயே ஒரு பெட்டியை நகர்த்த ஆரம்பிக்க அதிக விசை வேண்டும்; ஆனால் ஒருமுறை நகர ஆரம்பித்த பிறகு — அதே வேகத்தில் வைத்திருக்க குறைந்த விசையே போதும்.

படம் 5.1 — பரப்புகளுக்கிடையே உராய்வு செயற்படும் விதம். NIE பாடநூல், தரம் 10

3. உராய்வை பாதிக்கும் காரணிகள்

உராய்வின் அளவு பின்வரும் இரண்டு முக்கிய காரணிகளைச் சார்ந்துள்ளது.

3.1 பரப்பின் தன்மை

கடினமான / கரடுமுரடான பரப்புகளுக்கு உராய்வு கூட; மென்மையான பரப்புகளுக்கு உராய்வு குறைவு.

உதாரணம்:

மணல் தரையில் ஒரு பந்தை உருட்டினால் விரைவில் நிற்கிறது (உராய்வு கூட).
மென்மையான மரத் தளத்தில் அதே பந்து வெகு தூரம் உருளுகிறது (உராய்வு குறைவு).
பனிக்கட்டி மீது மிக மிக குறைவாகவே உராய்வு இருக்கும் — அதனாலேயே வழுக்குகிறோம்.

3.2 அழுத்தும் விசை (Normal force)

பொருள் பரப்பின் மீது எவ்வளவு அழுத்துகிறதோ — அவ்வளவு அதிக உராய்வு. பொதுவாக கனமான பொருளுக்கு உராய்வு கூடும்.

உதாரணம்:

காலியான ஒரு பெட்டியை தள்ள எளிது.
அதே பெட்டியில் கற்களை நிரப்பினால் — தள்ள மிகவே கடினம். ஏனெனில் பெட்டி தரையை அதிகமாக அழுத்துகிறது → உராய்வு கூடியது.

⭐ ஞாபகம் உராய்வு = (பரப்பின் தன்மை) × (அழுத்தும் விசை). இரண்டும் கூடும்போது உராய்வும் கூடும்.

4. உராய்வின் நன்மைகள் (Advantages)

உராய்வு பெரும்பாலும் "தடை" போலத் தோன்றினாலும் — அது இல்லாமல் நம் வாழ்வே சாத்தியமற்றது!

நடப்பது — கால் தரையை பின்நோக்கி தள்ளும்போது உராய்வு இருந்தால் மட்டுமே — தரை காலை முன்நோக்கி தள்ளும். உராய்வு இல்லாவிட்டால் (பனிக்கட்டியில் போல) வழுக்குவோம்.
எழுதுதல் — பேனையும் கடதாசியும் இடையே உராய்வு இருந்தால் தான் மை படிகிறது.
பிடித்துக்கொள்ளுதல் — கையும், பொருளும் இடையே உராய்வு இருந்தால் தான் பொருளை பிடித்துக்கொள்ள முடியும். கை எண்ணெய் ஆனால் கீழே வழுக்கி விழும்.
தடுப்பான்கள் (Brakes) — பேருந்து, கார், சைக்கிள் தடுப்பான்கள் சக்கரத்திற்கும் தடுப்பான் pad-ஐயும் இடையே உராய்வு உருவாக்கி வாகனத்தை நிறுத்துகின்றன.
தயர் கீறல்கள் (Tire grooves) — மழைக்காலத்தில் சாலையில் வாகனம் வழுக்காமல் இருக்க தயர்களில் ஆழமான கீறல்கள் தேவை — உராய்வை அதிகரிக்கின்றன.
ஆணி, மேடை — மரத்தை, கட்டிடத்தை ஒன்றுசேர்த்து வைப்பவை.

5. உராய்வின் தீமைகள் (Disadvantages)

உராய்வால் தேய்மானம் — காலணியின் அடி தேய்கிறது; வாகனத் தயர் தேய்கிறது; எந்திரப் பகுதிகள் தேய்கின்றன.
வெப்பம் வெளியேற்றம் — உராய்வால் இயக்கச் சக்தி வெப்பமாக மாற்றப்படுகிறது. இரு கைகளை ஒன்றோடொன்று கடினமாக தேய்த்தால் கைகள் சூடாகின்றன — அதே கொள்கை.
சக்தி இழப்பு — எந்திரத்தில் உராய்வால் சக்தி விரயமாகின்றது. இதனாலேயே எரிபொருள் பயன்பாடு அதிகரிக்கின்றது.
சத்தம் — உராய்வினால் சத்தம் ஏற்படுகிறது (கதவு திறப்பு).

6. உராய்வை குறைக்கும் முறைகள்

(1) பரப்புகளை மென்மையாக்குதல் (polishing) — மென்மையான மேற்பரப்பு → குறைந்த உராய்வு.
(2) மசகு / எண்ணெய் (Lubricant) — இரு பரப்புகளுக்கிடையே எண்ணெய் / கிரீஸ் வைத்தால், பரப்புகள் நேரடியாக தொடாமல் இருக்கும். எந்திரங்களில், சைக்கிள் சங்கிலியில் இது அத்தியாவசியம்.
(3) உருட்டு உராய்வு (Rolling friction) — நழுவலை விட உருளல் மிக குறைவான உராய்வைத் தருகின்றது. அதனாலேயே — பெரிய பெட்டிகளுக்குக் கீழே சக்கரங்கள்; வாகனங்களில் தயர்; எந்திர அச்சுகளில் பந்து-தாங்கி (ball bearings).
(4) தெருப்பணி தயர் — மென்மையான தயர் பாதையில் உருளும்போது இருக்கும் உராய்வை குறைக்கிறது.
(5) காற்று-படுகை (air cushion) — hovercraft போன்ற வாகனங்களில் உராய்வு கிட்டத்தட்ட இல்லை.
(6) அதிக மென்மையான மேற்பரப்புப் பூச்சு (Teflon) — பாத்திரங்களின் உள்பகுதிக்கு உராய்வு குறைப்பு.

படம் 5.2 — தயர் கீறல்கள் + தடுப்பான் pad — உராய்வை நன்மைக்காக பயன்படுத்தும் இரு உதாரணம். NIE பாடநூல், தரம் 10

7. பரீட்சைக்கான ஒரே பக்க சுருக்கம்

உராய்வு: இரு பரப்புகளுக்கிடையே சார்பு இயக்கத்தை எதிர்க்கும் விசை.

மூன்று வகை: (1) ஓய்வு (சார்பு இயக்க முயற்சி இல்லை → 0). (2) நிலை உராய்வு (இயக்க முயற்சி உண்டு; பொருள் இன்னும் ஓய்வில் — விசையை சமன் செய்கின்றது). (3) இயங்கு உராய்வு (பொருள் நகரும்போது; நிலை-விட சிறிது குறைவு).

பாதிக்கும் காரணிகள்: (i) பரப்பின் தன்மை (கரடு ↑ → உராய்வு ↑) (ii) அழுத்தும் விசை (கனம் ↑ → உராய்வு ↑).

நன்மை: நடப்பது, எழுதுதல், பிடித்தல், தடுப்பான், தயர் கீறல்.

தீமை: தேய்மானம், வெப்பம், சக்தி இழப்பு, சத்தம்.

குறைக்கும் முறை: மென்மையாக்குதல், எண்ணெய்/கிரீஸ், ball bearing, சக்கரம், teflon, air cushion.

✅ விரைவுச் சோதனை

முக்கியக் கருத்துக்களை உறுதிப்படுத்துங்கள். தவறான விடைகள் உங்கள் தவறுக் குறிப்பேட்டில் சேமிக்கப்படும்.

🖊 கட்டுரை வினாக்கள் (பகுதி II)

பரீட்சை வடிவில் கட்டமைப்பு வினாக்கள். முதலில் நீங்களே எழுதுங்கள்; பின்னர் மாதிரி விடையைத் திறந்து சரிபாருங்கள்.

1. (அ) உராய்வு என்றால் என்ன? அதன் திசை எத்திசையாக இருக்கும்? (3 புள்.)
(ஆ) நிலை உராய்வு (static friction) மற்றும் இயங்கு உராய்வு (kinetic friction) என்ற இரண்டுக்கும் இடையேயான வேறுபாட்டை உதாரணத்துடன் விளக்குக. (4 புள்.)
(இ) ஒரு பெட்டியை மேசை மீது நகர்த்த ஆரம்பிக்கப் பெரும் விசை தேவைப்படுகிறது; ஆனால் ஒருமுறை நகர ஆரம்பித்த பிறகு குறைந்த விசையே போதுமானது — ஏன்? (3 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

வரையறை: 2 பரப்புகளுக்கிடையே சார்பு இயக்கத்தை எதிர்க்கும் விசை.
திசை: இயக்கத்துக்கு எதிர்த் திசை.
நிலை: பொருள் ஓய்வில் — பெட்டி நகராதது.
இயங்கு: பொருள் நகரும் நிலையில்.
நிலை > இயங்கு (அளவு).
நகர்த்த ஆரம்பிக்க நிலையை வெல்ல வேண்டும் (உச்சம்).
பின் kinetic-ஐ வெல்ல சிறிது விசையே போதும்.

(அ) உராய்வு (friction) என்பது இரு பரப்புகள் ஒன்றோடொன்று தொட்டுக் கொண்டிருக்கும்போது — அவற்றுக்கிடையே ஏற்படும், சார்பு இயக்கத்தை எதிர்க்கும் விசை. இதன் திசை எப்போதும் இயக்கத்துக்கு எதிர்த் திசையில் இருக்கும். ஆகவே இயக்கத்தை மெதுவாக்கி நிறுத்துகிறது.

(ஆ) நிலை உராய்வு (static friction): ஒரு பொருளை ஒரு பரப்பின் மீது தள்ள முயற்சிக்கிறோம், ஆனால் பொருள் இன்னும் ஓய்விலேயே இருக்கின்றது. அப்போது செயற்படும் உராய்வு. செலுத்தும் விசைக்கு சம அளவிலும் எதிர்த் திசையிலும் அது வளரும் — பொருள் நகர்வதைத் தடுக்க.
உதா: மேசை மீதான ஒரு கனமான பெட்டியை மெதுவாக தள்ள ஆரம்பித்தோம்; ஆனால் அது நகரவில்லை. அப்போது சம அளவில் நிலை உராய்வு செயற்பட்டுள்ளது.

இயங்கு உராய்வு (kinetic friction): பொருள் நகர ஆரம்பித்த பிறகு செயற்படும் உராய்வு. நிலை உராய்வை விட சிறிது குறைவாக இருக்கும்.
உதா: அதே பெட்டியை நகர்த்த ஆரம்பித்த பிறகு — அதை அதே வேகத்தில் வைத்திருக்க குறைந்த விசையே போதும்.

(இ) நகர்த்த ஆரம்பிக்க பெரும் விசை — பின் குறை:

• நகர்த்த ஆரம்பிக்க: நிலை உராய்வின் உச்ச அளவை நாம் வெல்ல வேண்டும். உச்சம் வரை நிலை உராய்வு செலுத்தும் விசைக்கு சமமாகவே வளர்ந்து கொண்டே வரும்.
• நகர ஆரம்பித்த பிறகு: பொருள் kinetic phase-க்கு மாறுகிறது. இயங்கு உராய்வு நிலை-உராய்வை விட சிறிது குறைவு — ஆகவே குறைந்த விசையே போதும்.

நாள்தோறும் பெட்டிகளை, ரிக்ஷாக்களைத் தள்ளும்போது இவ்விளைவை நாம் தெள்ளத் தெரிய உணர்கின்றோம்.

2. (அ) உராய்வை பாதிக்கும் இரு முக்கிய காரணிகளை விளக்குக. ஒவ்வொன்றுக்கும் ஒரு உதாரணம் தருக. (5 புள்.)
(ஆ) ஒரே பெட்டியை — காலியாக, பாதி நிறைந்து, முழுவதும் நிறைந்து — மூன்று நிலையில் வைத்து தள்ளினால் உராய்வு எப்படி மாறும்? விளக்குக. (5 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

காரணி 1: பரப்பின் தன்மை (கரடு ↑ → உராய்வு ↑).
உதா: மணல் vs மென்மை மரம்.
காரணி 2: அழுத்தும் விசை (கனம் ↑ → உராய்வு ↑).
உதா: காலி பெட்டி vs நிரப்பிய பெட்டி.
காலி பெட்டி: குறைந்த கனம் → குறைந்த உராய்வு.
பாதி: நடுத்தர.
முழு: அதிக கனம் → அதிக உராய்வு.
தள்ள வேண்டிய விசை அதிகரிக்கும்.

(அ) உராய்வை பாதிக்கும் இரு முக்கிய காரணிகள்:

(1) பரப்பின் தன்மை. பரப்பு கரடுமுரடாக இருந்தால் உராய்வு கூடும்; மென்மையாக இருந்தால் உராய்வு குறையும். ஏனெனில் கரடு பரப்புகளில் நுண் மலைகள் ஒன்றோடொன்று பின்னிக் கொள்ளும் வாய்ப்பு கூடுதல்.
உதா: மணல் தரையில் ஒரு பந்தை உருட்டினால் விரைவில் நிற்கின்றது; ஆனால் மென்மையான மரத் தளத்தில் வெகு தூரம் உருளுகின்றது.

(2) அழுத்தும் விசை (normal force). பொருள் பரப்பின் மீது எவ்வளவு அதிகமாக அழுத்துகிறதோ — அவ்வளவு உராய்வு கூட. பொதுவாக கனமான பொருளுக்கு அழுத்தம் கூடுகின்றது.
உதா: ஒரு காலியான பெட்டியை தள்ள எளிது; ஆனால் அதே பெட்டியில் கற்களை நிரப்பினால் மிக கடினம்.

(ஆ) ஒரே பெட்டி, மூன்று நிலை:

• காலி பெட்டி: குறைந்த திணிவு → குறைந்த அழுத்தும் விசை → குறைந்த உராய்வு. மிக சிறிய விசையில் நகர்த்த முடியும்.

• பாதி நிரப்பிய பெட்டி: நடுத்தர திணிவு → நடுத்தர அழுத்தம் → நடுத்தர உராய்வு. நகர்த்த மிதமான விசை தேவை.

• முழு நிரப்பிய பெட்டி: அதிக திணிவு → அதிக அழுத்தம் → அதிக உராய்வு. நகர்த்த பெரும் விசை தேவை.

முடிவு: பெட்டியில் பொருளை நிரப்ப நிரப்ப — தள்ள வேண்டிய விசை அதிகரிக்கும். இதுவே அதிக சக்தி தேவைப்படுவதற்கான காரணம்.

3. (அ) உராய்வின் மூன்று நன்மைகளை — ஒவ்வொன்றுக்கும் தினசரி வாழ்வில் இருந்து ஓர் உதாரணத்துடன் — விளக்குக. (6 புள்.)
(ஆ) உராய்வின் இரு தீமைகளை விளக்குக. (4 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

நன்மை 1: நடப்பது (கால்-தரை உராய்வு).
நன்மை 2: எழுதுதல் (பேனை-கடதாசி).
நன்மை 3: தடுப்பான் / தயர் (வாகனம்).
நன்மை: பொருளை பிடிப்பது.
தீமை 1: தேய்மானம் — காலணி, தயர், எந்திர பாகங்கள்.
தீமை 2: வெப்பம் + சக்தி இழப்பு (எரிபொருள் விரயம்).

(அ) உராய்வின் மூன்று நன்மைகள்:

(1) நடப்பது: கால் தரையை பின்நோக்கி அழுத்தும்போது (வினை) — தரை காலை முன்நோக்கி தள்ள வேண்டும் (மறுவினை). இந்த மறுவினை எழுவதற்கு கால்-தரை இடையே உராய்வு இருக்க வேண்டும். உராய்வு இல்லாத மிக மென்மையான பனிக்கட்டியின் மீது நடக்க முயற்சித்தால் — கால் வழுக்கி நாம் கீழே விழுகின்றோம். ஆகவே நடப்பதற்கு உராய்வு இன்றியமையாதது.

(2) எழுதுதல்: ஒரு பேனையால் கடதாசியில் எழுதும்போது — பேனையின் நுனிக்கும் கடதாசிக்கும் இடையே உராய்வு இருக்க வேண்டும். உராய்வே மை கடதாசியில் படிய உதவுகின்றது. பளபளப்பான மினுக்கப்பட்ட மேற்பரப்பில் வழக்கமான பேனை வேலை செய்யாது.

(3) வாகனத் தடுப்பான் (Brakes): ஒரு வாகனத்தை நிறுத்த — தடுப்பான் pad சக்கரத்தை அழுத்துகின்றது; அவற்றுக்கிடையே உராய்வு உருவாகி வாகனத்தின் இயக்கச் சக்தியை வெப்பமாக மாற்றுகின்றது. இதனாலேயே சக்கரம் — மற்றும் வாகனம் — நிற்கின்றன. வாகனத் தயர்களின் கீறல்களும் — சாலையில் உராய்வை பராமரிக்க — மிக முக்கியம்.

(மேலதிக நன்மை: கையால் கோப்பை, புத்தகம் போன்றவற்றைப் பிடித்துக்கொள்ளுதல் — கைக்கும் பொருளுக்கும் இடையேயான உராய்வு இல்லாமல் வழுக்கி கீழே விழும்.)

(ஆ) உராய்வின் இரு தீமைகள்:

(1) தேய்மானம் (Wear and Tear): தொடர்ந்த உராய்வால் பொருள்களின் மேற்பகுதி தேய்கிறது. காலணியின் அடிப்பகுதி, வாகனத் தயர்கள், எந்திர அச்சுகள், பழைய நாணயங்கள் — எல்லாமே உராய்வால் தேய்மானம் அடைகின்றன. இதனால் பொருள்களின் வாழ்நாள் குறைகின்றது.

(2) வெப்பம் + சக்தி இழப்பு: உராய்வால் இயக்கச் சக்தி வெப்பச் சக்தியாக மாற்றப்படுகின்றது. எந்திரங்களில் இது சக்தி விரயம். அதனாலேயே வாகனத்தில் எரிபொருள் பயன்பாடு கூடுகின்றது; எந்திரம் சூடாகின்றது. வெப்பம் எந்திரப் பகுதிகளை சேதப்படுத்தலாம்.

4. உராய்வைக் குறைக்கப் பயன்படுத்தப்படும் நான்கு முறைகளை — ஒவ்வொன்றுக்கும் ஓர் உதாரணத்துடன் — விளக்குக. (10 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

(1) பரப்பை மென்மையாக்குதல் (polishing).
(2) எண்ணெய் / கிரீஸ் (lubricants).
(3) Ball bearings / wheels — sliding → rolling.
(4) Air cushion (hovercraft) / Teflon coating.

உராய்வைக் குறைக்கப் பயன்படுத்தப்படும் நான்கு முக்கிய முறைகள்:

(1) பரப்புகளை மென்மையாக்குதல் (Polishing): இரு பரப்புகளும் கரடாக இருந்தால் — அவற்றுக்கிடையே ஏராளமான நுண் மலைகள் பின்னிக் கொள்ளும். அவற்றை பளிங்கு போல மினுக்க — உராய்வு பெருமளவில் குறையும்.
உதா: கதவின் கீழ் தளம் கரடாக இருந்தால் கதவு திறக்க கடினம்; தளத்தை நன்கு polished marble ஆகச் செய்தால் கதவு மிக எளிதாகச் சறுக்கி வரும்.

(2) எண்ணெய் / கிரீஸ் (Lubricants): இரு உலோகப் பகுதிகளுக்கிடையே எண்ணெய், கிரீஸ், மென் கிரீஸ் போன்ற பாய்ம பொருளை உள்ளீடு செய்தால் — பகுதிகள் ஒன்றை ஒன்று நேரடியாக தொடாமல், நடுவில் ஒரு மெல்லிய பாய்ம படலம் உருவாகின்றது. பகுதிகள் இந்தப் பாய்மத்தின் மீது நழுவுவதால் உராய்வு வெகுவாகக் குறையும்.
உதா: சைக்கிள் சங்கிலியில் எண்ணெய் விடுவது; எந்திரப் பகுதிகளுக்கு கிரீஸ் இடுவது; கதவின் கீலில் (hinge) எண்ணெய் விடுவது.

(3) Ball bearings மற்றும் சக்கரங்கள் (Sliding → Rolling): நழுவலை வென்று இயக்கம் தர பெரிய உராய்வை வெல்ல வேண்டும்; ஆனால் உருளலை வென்று இயக்கம் தர மிகச் சிறிய உராய்வே போதும். ஆகவே நழுவலை உருளலாக மாற்றினால் — உராய்வு பெருமளவில் குறையும்.
உதா: பெரிய பெட்டிகளுக்குக் கீழே சக்கரங்கள்; வாகனத்துக்கு தயர்; எந்திர அச்சுகளில் பந்து-தாங்கி (ball bearings). பந்துகள் சுழலுவதால் அச்சு சீராக இயங்கும்.

(4) Air cushion / Teflon coating: Hovercraft போன்ற வாகனங்கள் கீழே ஒரு அழுத்தப்பட்ட காற்றுப் படுகையை உருவாக்கி தரையுடன் நேரடி தொடர்பே இல்லாமல் நகருகின்றன — உராய்வு கிட்டத்தட்ட பூஜ்ஜியம். அதே போல, Teflon போன்ற மிகக் குறைந்த உராய்வுக் கொண்ட பூச்சை பாத்திரத்தின் உள்ளே இடுவதால் — உணவு ஒட்டாமல், எளிதாகச் சறுக்கும்.
உதா: Non-stick frying pan; hovercraft; விமான தளத்தில் சில இடங்களில் காற்று-மிதவை பாதுகாப்பு.

5. (அ) 'உராய்வு இல்லை எனில் நாம் நடக்கவே முடியாது' — இக்கூற்றை விளக்குக. (4 புள்.)
(ஆ) வாகனத் தயர்களில் கீறல்கள் (treads) ஏன் வைக்கப்படுகின்றன? மழைக் காலத்தில் இவற்றின் முக்கியத்துவம் என்ன? (3 புள்.)
(இ) நாம் ஏன் சைக்கிள் சங்கிலியில் எண்ணெய் விடுகிறோம்? (3 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

நடப்பது: 3rd law கால்-தரை.
உராய்வு இல்லாவிட்டால் கால் பின்னோக்கி வழுக்கும்.
பனிக்கட்டி உதாரணம்.
தயர் கீறல்: சாலையில் உராய்வு பராமரிப்பு.
மழையில்: தண்ணீரை வெளியேற்றி நேரடி தொடர்பு.
எண்ணெய்: lubricant.
சக்கரம் சீராக சுழல + சத்தம் குறை.

(அ) நடப்பதின் இயற்பியல்:
• நாம் நடக்கும்போது — கால் தரையை பின்நோக்கி அழுத்துகின்றது (வினை).
• நியூற்றனின் 3வது விதிப்படி — தரை காலை முன்நோக்கி தள்ள வேண்டும் (மறுவினை).
• ஆனால் இந்த மறுவினை எழுவதற்கு — கால் தரையின் மீது நழுவாமல் அழுத்த வேண்டும். அதாவது கால்-தரை இடையே போதிய உராய்வு தேவை.

உராய்வு இல்லாவிட்டால் என்ன நிகழும்? கால் தரையை அழுத்தும்போது — தரை மீது வழுக்கி பின்னோக்கி நகர்ந்துவிடும்; தரை காலை முன்நோக்கி தள்ளாது. ஆகவே நாம் முன்னேற முடியாது.

எடுத்துக்காட்டு: பனிக்கட்டியின் மீது நடக்க முயற்சித்தால் — கால் வழுக்கி நாம் கீழே விழுகின்றோம். கார்க் சுவரின் மீது வழுக்காத காலணி அணிந்திருந்தாலும் — பனியின் மீது வழுக்குதலை முற்றிலும் தடுக்க முடிவதில்லை. ஆகவே 'உராய்வு இல்லை எனில் நடக்கவே முடியாது' — இது முற்றிலும் சரி.

(ஆ) தயர் கீறல்கள் (Treads):
வாகனத் தயர்கள் பளபளப்பான ரப்பராக இருந்தால் — சாலையில் நேரடியாக தொடர்பு கொள்ளும். ஆனால் மழைக் காலத்தில் — சாலை மீது தண்ணீர் தேங்கினால் — மென்மையான தயர் தண்ணீர் மீது வழுக்க தொடங்கும். அதனாலேயே தயர்களில் ஆழமான கீறல்கள் / பத்திகள் வைக்கப்படுகின்றன.
• கீறல்கள் தண்ணீரை பக்கங்களுக்கு வெளியேற்றுகின்றன.
• ஆகவே மற்ற ரப்பர் பகுதி சாலையின் மீது நேரடியாக தொட்டு உராய்வை பராமரிக்கின்றது.
• இதனால் மழைக் காலத்திலும் வாகனம் வழுக்காமல், திருப்பல்களில் சீராக நகரக் கூடியதாகின்றது.

(இ) சைக்கிள் சங்கிலியில் எண்ணெய்:
சைக்கிள் சங்கிலியின் ஒவ்வொரு உலோக கண்ணியும் — மற்ற கண்ணியுடன் தொடர்ந்து தேய்த்துக் கொண்டே நகர்கின்றது. இந்த உராய்வை எதிர்கொள்ள — அதிக சக்தியை மிதியடிகளில் செலுத்த வேண்டும். அதே சமயம் சங்கிலி தேய்மானம் ஆகி தீக்கம் (rust) தோன்றும்; சத்தம் எழும்.

எண்ணெய் விடுவதால் —
• கண்ணிகள் இடையே ஒரு மெல்லிய பாய்ம படலம் உருவாகி, உலோகங்கள் நேரடியாக தொடாமல் நகர்கின்றன.
• உராய்வு குறைகின்றது — அதிக சக்தி தேவையில்லை.
• தேய்மானம் குறைகிறது; சத்தம் குறைகிறது.
• சங்கிலி நீண்ட நாள் உழைக்கிறது.

6. (அ) நாம் தினமும் கையாளும் ஐந்து கருவிகளை — அவற்றில் உராய்வு பயனளிக்கிறதா அல்லது தடையாக உள்ளதா என்பதை அட்டவணை வடிவில் காட்டுக. (5 புள்.)
(ஆ) Ball bearings இயக்க அச்சில் ஏன் பயன்படுத்தப்படுகின்றன? இவற்றின் வேலை செய்யும் கொள்கையை விளக்குக. (5 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

எழுதுபேனை — நன்மை (மை படிய).
கதவின் கீல் — தீமை (சத்தம், தேய்மானம்).
தடுப்பான் — நன்மை (நிறுத்த).
எந்திர அச்சு — தீமை.
சைக்கிள் சங்கிலி — தீமை.
காலணி அடி — நன்மை (வழுக்கல் இல்லாமை).
Ball bearings — sliding → rolling principle.
பந்துகள் அச்சு + வெளி உறை இடையே சுழலும்.
Rolling friction << sliding friction.

(அ) தினசரி கருவிகளில் உராய்வு:

| கருவி | உராய்வு | பயன் / தடை |
|---|---|---|
| எழுது பேனை + கடதாசி | இருக்க வேண்டும் | நன்மை — மை படிய |
| காலணி அடி + சாலை | இருக்க வேண்டும் | நன்மை — வழுக்கல் தடுக்க, நடக்க |
| வாகனத் தடுப்பான் (brake) | இருக்க வேண்டும் | நன்மை — நிறுத்த |
| கதவின் கீல் (hinge) | இருந்தால் சத்தம், தேய்மானம் | தடை — எண்ணெய் இடவேண்டும் |
| சைக்கிள் சங்கிலி + பல்லகம் | உள்ளது தீய பாதிப்பு | தடை — எண்ணெய் தேவை |

இதிலிருந்து தெரிவது — உராய்வை குறைப்பது மட்டும் இலக்கு அல்ல; சில இடங்களில் அதை பராமரிக்கவும் சில இடங்களில் குறைக்கவும் வேண்டும்.

(ஆ) Ball Bearings:

எந்திரங்களின் சுழலும் அச்சுகளில் — பெருங்கூட்டுச் சக்கரம், மின் விசிறி, தண்ணீர் பம்ப், சைக்கிள் சக்கரம் முதலியன — ball bearings பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

அமைப்பு: Ball bearing என்பது இரு வளையங்களுக்கு (inner ring + outer ring) இடையே வரிசையாக உள்ள உருண்டை உலோகப் பந்துகள். உள் வளையம் சுழலும் அச்சுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது; வெளி வளையம் வெளிக் கட்டமைப்புடன் நிலையாக.

வேலை செய்யும் கொள்கை: அச்சு சுழலும்போது — அச்சுக்கும் வெளிக் கட்டமைப்புக்கும் இடையே நேரடி நழுவல் தொடர்பு ஏற்படாமல், பந்துகள் சுழன்று இடைப்பட்ட இயக்கத்தை வழங்குகின்றன. இது நழுவல் உராய்வை உருளல் உராய்வாக மாற்றுகின்றது.

ஏன் இதன் உராய்வு குறைவு?
• உருளல் உராய்வு (rolling friction) நழுவல் உராய்வை விட பல மடங்கு குறைவு.
• பந்துகளுக்கும் வளையங்களுக்கும் இடையே மிகச் சிறிய தொடர்புப் பகுதியே (point contact) உள்ளது.
• கூடுதலாக, மெல்லிய எண்ணெய் / கிரீஸ் பந்துகளில் இடப்பட்டிருப்பதால் — பந்துகள் சீராக சுழலும்.

இதனாலேயே ball bearings கொண்ட எந்திரங்கள் — குறைந்த சக்தி நுகர்வுடன், குறைந்த தேய்மானத்துடன், நீண்ட காலம் சீராக இயங்குகின்றன.

7. (அ) 'உராய்வு என்பது நியூற்றனின் முதலாவது விதியில் குறிப்பிடப்படும் — பொருளின் இயக்கத்தை மாற்றும் வெளி விசை' — இக்கூற்றை விளக்குக. (4 புள்.)
(ஆ) மேசையின் மீது 6 N விசையில் ஒரு புத்தகத்தைத் தள்ளுகின்றோம், ஆனால் புத்தகம் நகரவில்லை. (i) நிலை உராய்வின் அளவு எவ்வளவு? (ii) நாம் விசையை 10 N ஆக கூட்டினாலும் புத்தகம் நகரவில்லை — நிலை உராய்வு என்ன? (iii) 15 N-ஆக கூட்டியதும் புத்தகம் நகர ஆரம்பித்தது — உச்ச நிலை உராய்வு எவ்வளவு? (6 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

1st law: விசை இல்லை → நிலை தொடரும்.
மேசை மீதான இயக்கம் நின்றுவிடுவதற்குக் காரணம் = உராய்வு.
ஆகவே உராய்வு = இயக்கத்தை மாற்றும் வெளி விசை.
(i) 6 N (சமன்).
(ii) 10 N (சமன்).
(iii) 15 N — நகர்வதற்கு சற்று குறை, ஆகவே உச்சம் ~15 N.

(அ) நியூற்றனின் 1வது விதிப்படி: 'வெளி விசை இல்லாதவரை — இயக்கத்திலுள்ள பொருள் தொடர்ந்து இயங்கும்.'

ஆனால் நாள்தோறும் பார்க்கின்றோம் — தள்ளப்பட்ட புத்தகம் சில செக்கனில் நின்றுவிடுகின்றது; உருட்டிய பந்து மெதுவாக நின்றுவிடுகின்றது; சைக்கிள் மிதியடியை விட்டுவிட்டால் சிறிது தூரம் சென்று நிற்கின்றது.

இதற்குக் காரணம்? — வெளி விசை எதுவோ ஒன்று இயக்கத்தை மாற்றுகின்றது. அந்த விசையே — உராய்வு.

ஆகவே:
• உராய்வு என்பது மறைந்திருக்கும் ஆனால் எங்கும் நிறைந்திருக்கும் வெளி விசை.
• இது நியூற்றனின் 1வது விதியை மீறவில்லை; மாறாக, விதி உண்மை என்பதையே நிரூபிக்கின்றது (இங்கே வெளி விசை = உராய்வு உள்ளது; ஆகவே பொருள் நின்றுவிடுகின்றது).

காற்று இல்லாத, உராய்வு இல்லாத விண்வெளியில் — செயற்கைக்கோள் ஒன்று வெளி விசை இல்லாமல் தொடர்ந்து சீராக நகர்கின்றது — இங்கே 1வது விதி தூய வடிவத்தில் தென்படுகின்றது.

(ஆ) புத்தகம் + நிலை உராய்வு:

(i) 6 N செலுத்தினோம்; நகரவில்லை:
நிலை உராய்வு எதிராக 6 N சம அளவில் எழுந்து புத்தகத்தை ஓய்விலேயே வைத்திருக்கிறது. ஆகவே நிலை உராய்வு = 6 N.

(ii) 10 N கூட்டியதும் நகரவில்லை:
நிலை உராய்வும் சம அளவில் கூடி — 10 N-ஆகவே — எதிர்ப்பதற்கு வளர்ந்துவிட்டது. நிலை உராய்வின் உச்ச அளவை இது இன்னும் தாண்டவில்லை. ஆகவே நிலை உராய்வு = 10 N.

(iii) 15 N கூட்டியதும் நகர ஆரம்பித்தது:
இந்த விசை நிலை உராய்வின் உச்சத்தை சற்று தாண்டியது என அர்த்தம். ஆகவே உச்ச நிலை உராய்வு ≈ 15 N (சற்று குறையதாக இருந்திருக்கும்).

இதன் பிறகு புத்தகம் நகரும் நிலையில் — அதன் மீது இயங்கு உராய்வே செயற்படும்; அது 15 N-ஐ விட சிறிது குறைவாக இருக்கும். ஆகவே 15 N-ஐயும் தொடர்ந்து செலுத்தினால் புத்தகம் ஆர்முடுகும்.

🔥 மீட்டல் மையம்

பரீட்சைக்கு முன் இறுதி ஒரு நிமிடம் — மறக்கக்கூடாதவை மட்டும்.

உராய்வு: இரு பரப்புகளுக்கிடையே சார்பு இயக்கத்தை எதிர்க்கும் விசை.
திசை: இயக்கத்துக்கு எதிராக.
SI அலகு: நியூற்றன் (N).
3 நிலை: ஓய்வில் தள்ளு இல்லை → உராய்வு 0. தள்ளு + நகராதது → நிலை உராய்வு (சம). நகர்ந்துகொண்டிருந்தால் → இயங்கு உராய்வு.
நிலை > இயங்கு (அளவு).
பாதிக்கும் 2 காரணி: (i) பரப்பின் தன்மை (கரடு ↑ → உராய்வு ↑) (ii) அழுத்தும் விசை / கனம் (↑ → உராய்வு ↑).
நன்மை: நடப்பது, எழுதுதல், தடுப்பான், தயர் கீறல்கள், கையால் பிடிப்பது.
தீமை: தேய்மானம், வெப்பம், சக்தி இழப்பு, சத்தம்.
குறைப்பு முறை: மென்மை polishing, எண்ணெய்/கிரீஸ், ball bearings, சக்கரம், teflon, air cushion.
பந்து-தாங்கி (ball bearing): நழுவல் → உருளல்; உராய்வு பெருமளவில் குறைகிறது.
⚠ உராய்வு இல்லாவிட்டால் நடக்க முடியாது (பனிக்கட்டியில் வழுக்கல்).
⚠ தயர் கீறல்கள் = உராய்வை அதிகரிக்கும் சாதனம் (மழைக் காலத்தில் முக்கியம்).

அலகின் முதுகெலும்பு — கருத்துக்களும் தொடர்புகளும்.

வரையறை: இரு பரப்புகள் தொட்டுக்கொண்டிருக்கும்போது சார்பு இயக்கத்தை எதிர்க்கும் விசை. நுண் மலைகள் பின்னிக்கொள்வதே காரணம்.
3 நிலை விரிவாக: (i) இயக்க முயற்சி இல்லை → 0 உராய்வு. (ii) நிலை உராய்வு — செலுத்தும் விசைக்கு சமமாக வளரும் (உச்சம் வரை). (iii) இயங்கு உராய்வு — நகரும்போது; உச்ச நிலையை விட சிறிது குறைவு.
பெட்டி உதாரணம்: நகர்த்த ஆரம்பிக்க பெரும் விசை (உச்ச நிலை வெல்ல); பின் குறைந்த விசையே போதும் (இயங்கு குறைவு).
காரணி 1 — பரப்பு: மணல்/மரம் கரடு → கூட; கண்ணாடி/பனிக்கட்டி மென்மை → குறை.
காரணி 2 — கனம்: காலி பெட்டி → குறை; நிரப்பிய பெட்டி → கூட. பந்தலைக் கனம் ↑ → normal force ↑ → friction ↑.
நன்மை 1 — நடப்பது: கால் தரையை பின்னோக்கி தள்ளி உராய்வு மூலம் தரை காலை முன்நோக்கி தள்ளுகிறது (3rd law-க்கு uraivu தேவை).
நன்மை 2 — எழுதுதல்: பேனை + கடதாசி இடையே உராய்வு → மை படிய.
நன்மை 3 — தடுப்பான்: Brake pad + சக்கரம் இடையே உராய்வு → இயக்கச் சக்தி வெப்பமாக → சக்கரம் நிற்கிறது.
நன்மை 4 — தயர் கீறல்: மழை நீரை வெளியேற்றி சாலையுடன் நேரடி தொடர்பு → வழுக்கல் தடுப்பு.
தீமை 1 — தேய்மானம்: காலணி, தயர், எந்திர பாகங்கள் தேய்கின்றன → வாழ்நாள் குறை.
தீமை 2 — வெப்பம் + சக்தி இழப்பு: எரிபொருள் விரயம், எந்திரம் சூடாகும், கைகள் தேய்த்தால் சூடாகும்.
குறைப்பு 4 முறை: (i) polishing பளபளப்பு (ii) lubricants oil/grease (iii) sliding → rolling (சக்கரம், ball bearings) (iv) air cushion / Teflon.
Ball bearings வேலை: inner ring + outer ring இடையே பந்துகள் வரிசையாக. அச்சு சுழலும்போது பந்துகள் சுழன்று — sliding-ஐ rolling-ஆக மாற்றி உராய்வு பெருமளவில் குறை.

பரீட்சைக்கு முந்தின இரவு முழு அலகையும் ஓட்டிப் பார்.

5.1 உராய்வு: 2 பரப்புகளுக்கிடையே சார்பு இயக்கத்தை எதிர்க்கும் விசை. திசை எதிர் திசை. SI = N.
5.2 மூன்று நிலை: No-attempt = 0. Static (force = applied force, up to max). Kinetic (during motion, < max static).
5.3 காரணி 2: (i) பரப்பின் தன்மை (rough ↑ → friction ↑) (ii) அழுத்தும் விசை (கனம் ↑ → friction ↑).
5.4 நன்மை: நடப்பது (kālodu tarai) · எழுதுதல் (pen+paper) · brake (vehicle stop) · தயர் கீறல் (rain) · grip கையால்.
5.5 தீமை: தேய்மானம் (wear), heat, energy loss (எரிபொருள் விரயம்), சத்தம்.
5.6 குறைப்பு: polish · oil/grease · ball bearing/wheel · Teflon · air cushion.
5.7 Ball bearing: sliding → rolling. Rolling friction << sliding.
5.8 1st law சார்பு: தள்ளிய புத்தகம் நின்றுபோவதற்கு காரணம் = உராய்வு (வெளி விசை).
⚠ பரீட்சை குழப்பப் பகுதி: நிலை உராய்வு > இயங்கு உராய்வு; உராய்வு எப்போதும் தீமை இல்லை; தயர் கீறல் = friction ↑ (குறைப்பு அல்ல); பனிக்கட்டி = friction மிக குறை.
⭐ வரையறை மாதிரிகள்: உராய்வு = 2 பரப்புகளுக்கிடையே சார்பு இயக்கத்தை எதிர்க்கும் விசை. நிலை உராய்வு = பொருள் ஓய்விலேயே; செலுத்தும் விசைக்கு சமமாக வளரும். இயங்கு உராய்வு = பொருள் நகரும் நிலையில் செயற்படும் உராய்வு.
📋 கலைச்சொற்கள்: உராய்வு = friction; நிலை உராய்வு = static friction; இயங்கு உராய்வு = kinetic / sliding friction; உருளல் உராய்வு = rolling friction; மசகு / எண்ணெய் = lubricant; பந்து-தாங்கி = ball bearing.

📝 மேலும் பயிற்சி