Indhold
Overflader udøver en friktionskraft, der modstår glidende bevægelser, og du er nødt til at beregne størrelsen af denne styrke som en del af mange fysikproblemer. Mængden af friktion afhænger hovedsageligt af den "normale kraft", hvilke overflader, der udøver på genstande, der sidder på dem, samt egenskaberne for den specifikke overflade, du overvejer. Til de fleste formål kan du bruge formlen F = μN til beregning af friktion med N står for den "normale" kraft og "μ”Med overfladernes egenskaber.
TL; DR (for lang; læste ikke)
Beregn friktionskraften ved hjælp af formlen:
F = μN
Hvor N er den normale kraft og μ er friktionskoefficienten for dine materialer, og om de er stationære eller bevægelige. Normalkraften er lig med genstandens vægt, så denne kan også skrives:
F = μmg
Hvor m er objektets masse og g er accelerationen på grund af tyngdekraften. Friktionen fungerer imod genstandens bevægelse.
Hvad er friktion?
Friktion beskriver kraften mellem to overflader, når du prøver at bevæge den ene over den anden. Kraften modstår bevægelse, og i de fleste tilfælde virker kraften i den modsatte retning af bevægelsen. Nede på molekylært niveau, når du trykker to overflader sammen, kan mindre ufuldkommenheder i hver overflade låse sig sammen, og der kan være attraktive kræfter mellem molekylerne i det ene materiale og det andet. Disse faktorer gør det sværere at flytte dem forbi hinanden. Du arbejder dog ikke på dette niveau, når du beregner friktionskraften, dog. I hverdagssituationer grupperer fysikere alle disse faktorer sammen i "koefficienten" μ.
Beregning af friktionskraften
Den "normale" kraft beskriver den kraft, som den overflade, som et objekt hviler på (eller presses på), udøver på objektet. For en stille genstand på en plan overflade skal styrken nøjagtigt modsætte sig kraften på grund af tyngdekraften, ellers ville objektet bevæge sig i henhold til Newtons bevægelseslove. Den "normale" kraft (N) er navnet på den kraft, der gør dette.
Det fungerer altid vinkelret på overfladen. Dette betyder, at den normale kraft på en skråt overflade stadig peger direkte væk fra overfladen, mens tyngdekraften peger direkte nedad.
Normalkraften kan ganske enkelt beskrives i de fleste tilfælde ved:
N = mg
Her, m repræsenterer objektets masse, og g står for accelerationen på grund af tyngdekraften, som er 9,8 meter per sekund pr. sekund (m / s2) eller netwons pr. kg (N / kg). Dette matcher simpelthen objektets "vægt".
For skrå overflader reduceres styrken af den normale kraft, jo mere overfladen er skrå, så formlen bliver:
N = mg cos (θ)
Med θ står for den vinkel overfladen er tilbøjelig til.
For en simpel eksempelberegning skal du overveje en plan overflade med en 2 kg træblok, der sidder på den. Normalkraften peger direkte opad (for at understøtte vægten af blokken), og du beregner:
N = 2 kg × 9,8 N / kg = 19,6 N
Koefficienten afhænger af objektet og den specifikke situation, du arbejder med. Hvis objektet ikke allerede bevæger sig over overfladen, bruger du statisk friktionskoefficient μstatisk, men hvis det bevæger sig bruger du glidende friktionskoefficient μglide.
Generelt er koefficienten for glidende friktion mindre end statisk friktionskoefficient. Med andre ord er det lettere at glide noget, der allerede glider, end at glide noget, der stadig er.
De materialer, du overvejer, påvirker også koefficienten. Hvis for eksempel træblokken fra tidligere var på en murstenoverflade, ville koefficienten være 0,6, men for rent træ kan det være overalt fra 0,25 til 0,5. For is på is er den statiske koefficient 0,1. Igen reducerer glidekoefficienten dette endnu mere til 0,03 for is på is og 0,2 for træ på træ. Slå disse op efter din overflade ved hjælp af en online tabel (se Ressourcer).
Formlen for friktionskraften siger:
F = μN
I eksemplet skal du overveje en trækloss med en masse på 2 kg på et træbord, der skubbes fra stationær. I dette tilfælde bruger du den statiske koefficient med μstatisk = 0,25 til 0,5 for træ. tager μstatisk = 0,5 for at maksimere den potentielle effekt af friktion og huske N = 19,6 N fra tidligere, styrken er:
F = 0,5 × 19,6 N = 9,8 N
Husk, at friktion kun giver kraft til at modstå bevægelse, så hvis du begynder at skubbe den forsigtigt og bliver fastere, øges friktionskraften til en maksimal værdi, hvilket er, hvad du lige har beregnet. Fysikere skriver undertiden Fmax at gøre dette punkt klart.
Når blokken bevæger sig, bruger du μglide = 0,2, i dette tilfælde:
Fglide = μglide N
= 0,2 × 19,6 N = 3,92 N