Tartalom
A legtöbb ember intuitív módon érti a súrlódást. Amikor megpróbál egy tárgyat egy felület mentén tolni, akkor az objektum és a felület közötti érintkezés bizonyos nyomószilárdságra ellenáll. A súrlódási erő matematikai kiszámítása általában a „súrlódási együtthatót” foglalja magában, amely azt írja le, hogy a két adott anyag mennyire „tapad össze” a mozgás ellen, és valamit, amelyet „normál erőnek” hívnak, és amely a tárgy tömegére vonatkozik. De ha nem ismeri a súrlódási együtthatót, hogyan tudod kitalálni az erőt? Ezt úgy érheti el, ha online szokásos eredményt keres, vagy egy kis kísérletet végez.
A súrlódási erő megkeresése kísérletileg
Használja a kérdéses tárgyat és a felület egy kis részét, amelyen szabadon mozoghat, hogy beállítson egy lejtős rámpát. Ha nem tudja használni az egész felületet vagy az egész tárgyat, csak használjon egy darabot, amely ugyanabból az anyagból készül. Például, ha csempézett padló van felületként, akkor egyetlen burkolólapot használhat a felület létrehozásához. Ha tárgyaként fából készült szekrény van, használjon másik, kisebb, fából készült tárgyat (ideális esetben hasonló fafelülettel). Minél közelebb juthat a valós helyzethez, annál pontosabb lesz a számítása.
Győződjön meg arról, hogy beállíthatja a rámpák lejtését egy könyvsorozat vagy valami hasonló összerakásával, így kisebb módosításokat végezhet a maximális magassághoz.
Minél inkább ferde a felület, annál nagyobb a gravitációs erő hatására, hogy lefelé húzza. A súrlódási erő ennek ellenére működik, de egy időben a gravitáció által kifejtett erő legyőzi azt. Ez megmutatja ezeknek az anyagoknak a maximális súrlódási erejét, és a fizikusok ezt statikus súrlódási együtthatóval írják le (μstatikus). A kísérlet lehetővé teszi, hogy megtalálja ennek értékét.
Helyezze a tárgyat a felület tetejére olyan sekély szögben, amely nem akadályozza azt a lejtőn. Fokozatosan növelje a rámpa lejtését, ha könyveket vagy más vékony tárgyakat ad hozzá a veremhez, és keresse meg a legmeredekebb lejtőt, amelynél megtarthatja anélkül, hogy az objektum mozogna. Nehéz lesz teljesen pontos választ kapni, de a legjobb becslése elég közel lesz a számítás valódi értékéhez. Mérje meg a rámpa magasságát és a rámpa alapjának hosszát, amikor ez a dőlésszögben van. Alapjában véve úgy tartja, hogy a rámpát egy merőleges háromszög alkotja a padlóval, és megmérjük a háromszög hosszát és magasságát.
A helyzet matematikai adatai szépen működnek, és kiderül, hogy a dőlésszög érintője megmutatja az együttható értékét. Így:
μstatikus = tan (θ)
Vagy mivel tan = ellentétes / szomszédos = az alap hossza / magassága, akkor kiszámítja:
μstatikus = bar (alaphossz / a rámpa magassága)
Végezze el ezt a számítást, hogy megtalálja az adott helyzetre vonatkozó együttható értékét.
tippek
F = μstatikus N
Hol a "N”A normál erőt jelenti. Sima felület esetén ennek értéke megegyezik a tárgy súlyával, tehát felhasználhatja:
F = μstatikus mg
Itt, m a tárgy tömege és g a gravitáció miatti gyorsulás (9,8 m / s2).
Például a kő felületén lévő fa súrlódási együtthatója: μstatikus = 0,3, tehát ezt az értéket egy 10 kilogrammos (kg) fa szekrényhez kell használni egy kőfelületen:
F = μstatikus mg
= 0,3 × 10 kg × 9,8 m / s2
= 29,4 newton
Súrlódási erő keresése kísérlet nélkül
Nézze meg online, hogy megtalálja a két anyag közötti súrlódási együtthatót. Például egy aszfalton használt gumiabroncs együtthatója: μstatikus = 0,72, a fa jégének van μstatikus = 0,05, és a fa a téglán van μstatikus = 0,6. Keresse meg helyzetének értékét (beleértve a csúszó együtthatót is, ha nem számítja a súrlódást álló helyzetből), és jegyezze fel azt.
A következő egyenlet megmutatja a súrlódási erő erősségét (a statikus súrlódási együtthatóval):
F = μstatikus N
Ha felülete sík és párhuzamos a talajjal, akkor használhatja:
F = μstatikus mg
Ha nem, akkor a normál erő gyengébb. Ebben az esetben keresse meg a lejtő szögét θ, és kiszámítja:
F = cos (θ) μstatikus mg
Például, ha 1 kg-os jégtömböt használunk a fára, 30 ° -ra dőlve, és erre emlékezünk g = 9,8 m / s2, ez adja:
F = cos (θ) μstatikus mg
= cos (30 °) × 0,05 × 1 kg × 9,8 m / s2
= 0,424 newton