Περιεχόμενο
Οι επιφάνειες ασκούν μια δύναμη τριβής που αντιστέκεται στις ολισθαίνουσες κινήσεις και πρέπει να υπολογίσετε το μέγεθος αυτής της δύναμης ως μέρος πολλών προβλημάτων φυσικής. Η ποσότητα τριβής εξαρτάται κυρίως από την "κανονική δύναμη", την οποία ασκούν οι επιφάνειες πάνω στα αντικείμενα που κάθονται επάνω τους, καθώς και τα χαρακτηριστικά της συγκεκριμένης επιφάνειας που σκέφτεστε. Για τους περισσότερους σκοπούς, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον τύπο φά = μN για τον υπολογισμό της τριβής, με Ν στέκεται για την "κανονική" δύναμη και "μ"Ενσωματώνοντας τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Υπολογίστε τη δύναμη της τριβής χρησιμοποιώντας τον τύπο:
φά = μN
Που Ν είναι η κανονική δύναμη και μ είναι ο συντελεστής τριβής για τα υλικά σας και αν είναι στάσιμοι ή κινούνται. Η κανονική δύναμη είναι ίση με το βάρος του αντικειμένου, έτσι αυτό μπορεί επίσης να γραφτεί:
φά = μmg
Που Μ είναι η μάζα του αντικειμένου και σολ είναι η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας. Η τριβή δρα για να αντιταχθεί στην κίνηση του αντικειμένου.
Τι είναι η τριβή;
Η τριβή περιγράφει τη δύναμη μεταξύ δύο επιφανειών όταν προσπαθείτε να μετακινήσετε το ένα το άλλο. Η δύναμη αντιστέκεται στην κίνηση και στις περισσότερες περιπτώσεις η δύναμη δρα προς την αντίθετη κατεύθυνση προς την κίνηση. Κάτω από το μοριακό επίπεδο, όταν πιέζετε δύο επιφάνειες μαζί, μικρές ατέλειες σε κάθε επιφάνεια μπορούν να αλληλοσυνδέονται και μπορεί να υπάρχουν ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των μορίων του ενός υλικού και του άλλου. Αυτοί οι παράγοντες καθιστούν πιο δύσκολο να τα μετακινήσετε παρενθετικά. Δεν εργάζεστε σε αυτό το επίπεδο όταν υπολογίζετε τη δύναμη της τριβής. Για καθημερινές καταστάσεις, οι φυσικοί ομαδοποιούν όλους αυτούς τους παράγοντες μαζί στον "συντελεστή" μ.
Υπολογισμός της δύναμης της τριβής
Η "κανονική" δύναμη περιγράφει τη δύναμη που ασκεί το αντικείμενο (ή πιέζεται επάνω) πάνω στο αντικείμενο. Για ένα ακίνητο αντικείμενο σε μια επίπεδη επιφάνεια, η δύναμη πρέπει ακριβώς να αντισταθεί στη δύναμη που οφείλεται στη βαρύτητα, αλλιώς το αντικείμενο θα κινηθεί, σύμφωνα με τους νόμους κίνησης του Νεύτωνα. Η "κανονική" δύναμη (Ν) είναι το όνομα της δύναμης που κάνει αυτό.
Λειτουργεί πάντα κάθετα προς την επιφάνεια. Αυτό σημαίνει ότι σε μια κεκλιμένη επιφάνεια, η κανονική δύναμη θα οδηγούσε ακόμη κατευθείαν μακριά από την επιφάνεια, ενώ η δύναμη της βαρύτητας θα οδηγούσε κατευθείαν προς τα κάτω.
Η κανονική δύναμη μπορεί να περιγραφεί απλώς στις περισσότερες περιπτώσεις με:
Ν = mg
Εδώ, Μ αντιπροσωπεύει τη μάζα του αντικειμένου και σολ αντιπροσωπεύει την επιτάχυνση λόγω βαρύτητας, η οποία είναι 9,8 μέτρα ανά δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο (m / s)2) ή τα επίπεδα ανά χιλιόγραμμο (N / kg). Αυτό απλά ταιριάζει με το "βάρος" του αντικειμένου.
Για τις κεκλιμένες επιφάνειες, η αντοχή της κανονικής δύναμης μειώνεται τόσο περισσότερο η επιφάνεια είναι κεκλιμένη, έτσι ο τύπος γίνεται:
Ν = mg cos (θ)
Με θ στέκεται για τη γωνία στην οποία έχει κλίση η επιφάνεια.
Για έναν απλό υπολογισμό παράδειγμα, εξετάστε μια επίπεδη επιφάνεια με ένα ξύλινο μπλοκ 2 κιλών που κάθεται πάνω σε αυτό. Η κανονική δύναμη θα οδηγούσε κατευθείαν προς τα πάνω (για να υποστηρίξει το βάρος του μπλοκ) και θα υπολογίζατε:
Ν = 2 kg × 9,8 N / kg = 19,6 N
Ο συντελεστής εξαρτάται από το αντικείμενο και την συγκεκριμένη κατάσταση με την οποία εργάζεστε. Εάν το αντικείμενο δεν κινείται ήδη στην επιφάνεια, χρησιμοποιείτε το συντελεστή στατικής τριβής μστατικός, αλλά αν κινούνται, χρησιμοποιείτε τον συντελεστή συρόμενης τριβής μολίσθηση.
Γενικά, ο συντελεστής συρόμενης τριβής είναι μικρότερος από τον συντελεστή στατικής τριβής. Με άλλα λόγια, είναι πιο εύκολο να σύρετε κάτι που είναι ήδη συρόμενο από το να σύρετε κάτι που είναι ακόμα.
Τα υλικά που εξετάζετε επηρεάζουν επίσης το συντελεστή. Για παράδειγμα, εάν το μπλοκ ξύλου από προηγούμενη ήταν σε μια επιφάνεια τούβλου, ο συντελεστής θα ήταν 0,6, αλλά για καθαρό ξύλο μπορεί να είναι οπουδήποτε από 0,25 έως 0,5. Για πάγο σε πάγο, ο στατικός συντελεστής είναι 0,1. Και πάλι, ο συντελεστής ολίσθησης μειώνει αυτό ακόμη περισσότερο, σε 0,03 για τον πάγο σε πάγο και 0,2 για το ξύλο στο ξύλο. Κοιτάξτε αυτά για την επιφάνεια σας χρησιμοποιώντας ένα online τραπέζι (βλ. Πόρων).
Ο τύπος της δύναμης των τριβών αναφέρει:
φά = μN
Για παράδειγμα, σκεφτείτε ένα ξύλινο μπλοκ από μάζα 2 κιλών σε ένα ξύλινο τραπέζι, το οποίο πιέζεται από ακίνητο. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείτε τον στατικό συντελεστή, με μστατικός = 0,25 έως 0,5 για το ξύλο. Λήψη μστατικός = 0,5 για να μεγιστοποιήσετε τη δυνητική επίδραση της τριβής και θυμηθείτε το Ν = 19,6 N από νωρίτερα, η δύναμη είναι:
φά = 0,5 χ 19,6 Ν = 9,8 Ν
Θυμηθείτε ότι η τριβή παρέχει μόνο δύναμη για να αντισταθεί στην κίνηση, οπότε αν αρχίσετε να την πιέζετε απαλά και να σταθεροποιήσετε, η δύναμη της τριβής θα αυξηθεί σε μια μέγιστη τιμή, κάτι που μόλις υπολογίσατε. Οι φυσικοί γράφουν μερικές φορές φάΜέγιστη για να καταστεί σαφές αυτό το σημείο.
Μόλις το μπλοκ κινείται, χρησιμοποιείτε μολίσθηση = 0,2, στην περίπτωση αυτή:
φάολίσθηση = μολίσθηση Ν
= 0.2 χ 19.6 Ν = 3.92 Ν