Indhold
De fleste mennesker forstår friktion på en intuitiv måde. Når du prøver at skubbe en genstand langs en overflade, modstår kontakten mellem objektet og overfladen din skubbe op til en vis skubstyrke. Beregning af friktionskraften matematisk involverer normalt "friktionskoefficienten", som beskriver hvor meget de to specifikke materialer "klæber sammen" for at modstå bevægelse, og noget kaldet den "normale kraft", der relaterer til objektets masse. Men hvis du ikke kender friktionskoefficienten, hvordan arbejder du så styrken på? Du kan opnå dette enten ved at slå et standardresultat online op eller gennemføre et lille eksperiment.
Find friktionskraften eksperimentelt
Brug det pågældende objekt og et lille afsnit af overfladen, som du kan bevæge frit for at oprette en skrå rampe. Hvis du ikke kan bruge hele overfladen eller hele genstanden, skal du bare bruge et stykke af noget lavet af det samme materiale. For eksempel, hvis du har et flisebelagt gulv som overflade, kan du bruge en enkelt flise til at oprette rampen. Hvis du har et træskab som objekt, skal du bruge en anden, mindre genstand lavet af træ (ideelt med en lignende finish på træet). Jo tættere du kommer på den virkelige situation, desto mere præcis vil din beregning være.
Sørg for, at du kan justere rampens hældning ved at stable en række bøger eller lignende, så du kan foretage små justeringer til dens maksimale højde.
Jo mere skråt overfladen er, jo mere vil kraft på grund af tyngdekraften arbejde for at trække den ned ad rampen. Friktionskraften virker imod dette, men på et tidspunkt overvinder kraften på grund af tyngdekraften den. Dette fortæller dig den maksimale friktionskraft for disse materialer, og fysikere beskriver dette gennem statisk friktionskoefficient (μstatisk). Eksperimentet giver dig mulighed for at finde værdien for dette.
Placer genstanden oven på overfladen i en lav vinkel, der ikke får den til at glide ned ad rampen. Forøg gradvist stigningen på rampen ved at tilføje bøger eller andre tynde genstande til din stak, og find den stejleste hældning, du kan holde den på uden genstanden bevæger sig. Du kæmper for at få et helt præcist svar, men dit bedste estimat vil være tæt nok på den sande værdi til beregningen. Mål rampens højde og længden på rampens basis, når den er ved denne hældning. Du behandler i det væsentlige rampen som at danne en retvinklet trekant med gulvet og måle trekantens længde og højde.
Matematikken for situationen fungerer pænt, og det viser sig, at tangensen af hældningsvinklen fortæller værdien af koefficienten. Så:
μstatisk = solbrun (θ)
Eller fordi brunfarve = modsat / tilstødende = længde af base / højde, beregner du:
μstatisk = brunfarve (længde af base / rampehøjde)
Fuldfør denne beregning for at finde værdien for koefficienten for din specifikke situation.
Tips
F = μstatisk N
Hvor er "N”Står for den normale kraft. For en plan overflade er værdien af dette lig med objektets vægt, så du kan bruge:
F = μstatisk mg
Her, m er objektets masse og g er accelerationen på grund af tyngdekraften (9,8 m / s2).
For eksempel har træ på en stenoverflade en friktionskoefficient på μstatisk = 0,3, så brug denne værdi til et 10 kilogram (kg) træskab på en stenoverflade:
F = μstatisk mg
= 0,3 × 10 kg × 9,8 m / s2
= 29,4 newton
Find friktionskraften uden et eksperiment
Se online for at finde friktionskoefficienten mellem dine to stoffer. For eksempel har et bildæk på asfalt en koefficient på μstatisk = 0,72, is på træ har μstatisk = 0,05 og træ på mursten har μstatisk = 0,6. Find værdien for din situation (herunder brug af glidekoefficienten, hvis du ikke beregner friktionen fra stationær) og noter den.
Følgende ligning fortæller dig styrken af friktionskraften (med den statiske friktionskoefficient):
F = μstatisk N
Hvis din overflade er flad og parallel med jorden, kan du bruge:
F = μstatisk mg
Hvis det ikke er tilfældet, er den normale kraft svagere. Find i dette tilfælde hældningsvinklen θ, og beregne:
F = cos (θ) μstatisk mg
For eksempel ved at bruge en 1 kg isblok på træ, skråtstillet til 30 ° og huske det g = 9,8 m / s2, dette giver:
F = cos (θ) μstatisk mg
= cos (30 °) × 0,05 × 1 kg × 9,8 m / s2
= 0,424 newton