Tartalom
A felületek olyan súrlódó erőt fejtenek ki, amely ellenáll a csúszó mozgásoknak, és sok fizikai probléma részeként ki kell számítania ennek az erőnek a méretét. A súrlódás nagysága elsősorban a „normál erőtől” függ, amelyet a felületek gyakorolnak a rajtuk ülő tárgyakra, valamint a figyelembe veendő konkrét felület tulajdonságaitól. A legtöbb célra használhatja a képletet F = μN a súrlódás kiszámításához, a N a „normál” erő és „μAmely magában foglalja a felület jellemzőit.
TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
Számítsa ki a súrlódási erőt a következő képlet segítségével:
F = μN
Ahol N a normál erő és μ az anyagokra vonatkozó súrlódási együttható, és állnak-e vagy mozognak-e. A normál erő megegyezik a tárgy súlyával, tehát ezt meg lehet írni:
F = μmg
Ahol m a tárgy tömege és g a gravitáció miatti gyorsulás. A súrlódás ellenzi a tárgy mozgását.
Mi a súrlódás?
A súrlódás leírja a két felület közötti erőt, amikor megpróbálják az egyiket a másikra mozgatni. Az erő ellenáll a mozgásnak, és a legtöbb esetben az erő a mozgással ellentétes irányban működik. Lefelé molekuláris szinten, amikor két felületet összeprésel, az egyes felületek kisebb hiányosságai összekapcsolódhatnak, és vonzó erők lehetnek az egyik anyag molekulái között. Ezek a tényezők megnehezítik egymás elől való áthelyezését. Nem működik ezen a szinten, ha kiszámítja a súrlódási erőt. A mindennapi helyzetekben a fizikusok ezeket a tényezőket az „együtthatóba” csoportosítják μ.
A súrlódási erő kiszámítása
A „normál” erő azt az erőt határozza meg, amelyen egy tárgy felületén nyugszik (vagy rá van nyomva). Egy lapos felületen álló tárgy esetén az erőnek pontosan szembe kell néznie a gravitáció hatására kialakuló erővel, különben a tárgy elmozdulhat, Newton mozgási törvényei szerint. A „normál” erő (N) annak az erőnek a neve, amely ezt végrehajtja.
Mindig merőleges a felületre. Ez azt jelenti, hogy egy lejtős felületen a normál erő továbbra is közvetlenül a felülettől mutat, míg a gravitációs erő közvetlenül lefelé mutat.
A normál erőt a legtöbb esetben egyszerűen leírhatja:
N = mg
Itt, m - a tárgy tömegét jelöli, és - g = a gravitáció miatti gyorsulás, amely másodpercenként 9,8 méter / m (m / s2) vagy netwons kilogrammonként (N / kg). Ez egyszerűen megegyezik a tárgy „súlyával”.
Dőlésszögű felületek esetén a normál erő erősebb lesz, annál inkább csökken a felület dőlése, így a képlet:
N = mg cos (θ)
Val vel θ állva annak a szögnek a felé, amelyre a felület dől.
Egy egyszerű példakénti számításhoz vegye figyelembe egy sima felületet, melyben egy 2 kg-os fa tömb ül. A normál erő közvetlenül felfelé mutat (a blokk súlyának megtartása érdekében), és kiszámítja:
N = 2 kg × 9,8 N / kg = 19,6 N
Az együttható az objektumtól és az adott helyzettől függ. Ha az objektum még nem mozog a felületen, akkor a statikus súrlódási együtthatót kell használni μstatikus, de ha mozog, akkor használja a csúszó súrlódási együtthatót μcsúszik.
Általában a csúszó súrlódási együttható kisebb, mint a statikus súrlódási együttható. Más szavakkal: könnyebb csúsztatni valamit, amely már csúszik, mint csúsztatni valamit, ami még mindig meg van.
A figyelembe vett anyagok szintén befolyásolják az együtthatót. Például, ha a korábbi fa tömb egy tégla felületén volt, akkor az együttható 0,6, de a tiszta fa esetében 0,25 és 0,5 között lehet. A jégen a statikus együttható 0,1. A csúszási együttható ismét ezt csökkenti, még 0,03-ra a jégen a jégre és 0,2-re a fa a fán. Online asztal segítségével keresse meg ezeket a felületéhez (lásd a forrásokat).
A súrlódási erő képlete kimondja:
F = μN
Például vegyünk egy 2 kg tömegű fadarabot egy fából készült asztalra, amelyet álló helyzetből tolunk ki. Ebben az esetben a statikus együtthatót használja, a μstatikus = 0,25-0,5 fa esetén. bevétel μstatikus = 0,5 a súrlódás lehetséges hatásának maximalizálása érdekében, és a N = 19,6 N korábban, az erő:
F = 0,5 × 19,6 N = 9,8 N
Ne feledje, hogy a súrlódás csak a mozgással szembeni ellenálló képességet biztosítja, tehát ha óvatosan megnyomja és feszesebbé válik, a súrlódási erő maximális értékre növekszik, amit éppen kiszámítottál. A fizikusok néha írnak Fmax hogy világossá tegyem ezt a pontot.
Amint a blokk mozog, akkor használja μcsúszik = 0,2, ebben az esetben:
Fcsúszik = μcsúszik N
= 0,2 × 19,6, N = 3,92, N