Περιεχόμενο
- Η εξεύρεση της πειραματικής δύναμης της τριβής
- Συμβουλές
- Η εξεύρεση της δύναμης της τριβής χωρίς ένα πείραμα
Οι περισσότεροι άνθρωποι κατανοούν τις τριβές με διαισθητικό τρόπο. Όταν προσπαθείτε να σπρώξετε ένα αντικείμενο κατά μήκος μιας επιφάνειας, η επαφή μεταξύ του αντικειμένου και της επιφάνειας αντιστέκεται στην ώθηση σας σε μια ορισμένη δύναμη ώθησης. Ο υπολογισμός της δύναμης τριβής μαθηματικά περιλαμβάνει συνήθως τον "συντελεστή τριβής", ο οποίος περιγράφει πόσο τα δύο συγκεκριμένα υλικά "κολλάνε" για να αντισταθούν στην κίνηση, και κάτι που ονομάζεται "κανονική δύναμη" που σχετίζεται με τη μάζα του αντικειμένου. Αλλά αν δεν γνωρίζετε τον συντελεστή τριβής, πώς εξάγετε τη δύναμη; Μπορείτε να το επιτύχετε είτε αναζητώντας ένα τυποποιημένο online αποτέλεσμα είτε πραγματοποιώντας ένα μικρό πείραμα.
Η εξεύρεση της πειραματικής δύναμης της τριβής
Χρησιμοποιήστε το εν λόγω αντικείμενο και ένα μικρό τμήμα της επιφάνειας που μπορείτε να μετακινήσετε ελεύθερα για να ρυθμίσετε μια κεκλιμένη ράμπα. Αν δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ολόκληρη την επιφάνεια ή ολόκληρο το αντικείμενο, απλά χρησιμοποιήστε ένα κομμάτι από κάτι που κατασκευάζεται από το ίδιο υλικό. Για παράδειγμα, αν έχετε δάπεδο με πλακάκια σαν επιφάνεια, θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε ένα ενιαίο πλακάκι για να δημιουργήσετε τη ράμπα. Αν έχετε σαν ξύλο ένα ξύλινο ντουλάπι, χρησιμοποιήστε ένα διαφορετικό, μικρότερο αντικείμενο από ξύλο (ιδανικά με παρόμοιο φινίρισμα στο ξύλο). Όσο πιο κοντά μπορείτε να φτάσετε στην πραγματική κατάσταση, τόσο ακριβέστερος θα είναι ο υπολογισμός σας.
Βεβαιωθείτε ότι μπορείτε να προσαρμόσετε την κλίση της κεκλιμένης ράμπας, γεμίζοντας μια σειρά από βιβλία ή κάτι παρόμοιο, ώστε να μπορείτε να κάνετε μικρές προσαρμογές στο μέγιστο ύψος της.
Όσο πιο επικλινής είναι η επιφάνεια, τόσο περισσότερο η δύναμη λόγω της βαρύτητας θα λειτουργήσει για να την τραβήξει κάτω από τη ράμπα. Η δύναμη της τριβής λειτουργεί ενάντια σε αυτό, αλλά σε κάποιο σημείο, η δύναμη λόγω της βαρύτητας το ξεπερνά. Αυτό σας λέει τη μέγιστη δύναμη τριβής για αυτά τα υλικά, και οι φυσικοί περιγράφουν αυτό μέσω του συντελεστή στατικής τριβής (μστατικός). Το πείραμα σάς επιτρέπει να βρείτε την τιμή για αυτό.
Τοποθετήστε το αντικείμενο στην κορυφή της επιφάνειας σε μια ρηχή γωνία που δεν θα την κάνει να γλιστρήσει κάτω από τη ράμπα. Σταδιακά αυξήστε την κλίση της ράμπας προσθέτοντας βιβλία ή άλλα λεπτά αντικείμενα στη στοίβα σας και βρείτε την πιο απότομη κλίση που μπορείτε να την κρατήσετε χωρίς να κινείται το αντικείμενο. Θα προσπαθήσετε να πάρετε μια εντελώς ακριβή απάντηση, αλλά η καλύτερη εκτίμησή σας θα είναι αρκετά κοντά στην πραγματική αξία για τον υπολογισμό. Μετρήστε το ύψος της ράμπας και το μήκος της βάσης της ράμπας όταν βρίσκεται σε αυτή την κλίση. Βασικά αντιμετωπίζετε τη ράμπα ως σχηματίζοντας ένα ορθογώνιο τρίγωνο με το πάτωμα και μετρώντας το μήκος και το ύψος του τριγώνου.
Το μαθηματικό για την κατάσταση λειτουργεί καλά και αποδεικνύεται ότι η εφαπτομένη της γωνίας κλίσης σας λέει την τιμή του συντελεστή. Ετσι:
μστατικός = μαύρισμα (θ)
Ή, επειδή το tan = αντίθετο / παρακείμενο = μήκος βάσης / ύψους, υπολογίζετε:
μστατικός = μαύρισμα (μήκος βάσης / ύψος ράμπας)
Ολοκληρώστε αυτόν τον υπολογισμό για να βρείτε την τιμή του συντελεστή για τη συγκεκριμένη κατάστασή σας.
Συμβουλές
φά = μστατικός Ν
Όταν το "Ν"Σημαίνει την κανονική δύναμη. Για μια επίπεδη επιφάνεια, η τιμή αυτού είναι ίση με το βάρος του αντικειμένου, έτσι μπορείτε να χρησιμοποιήσετε:
φά = μστατικός mg
Εδώ, Μ είναι η μάζα του αντικειμένου και σολ είναι η επιτάχυνση λόγω βαρύτητας (9,8 m / s2).
Για παράδειγμα, το ξύλο σε μια επιφάνεια πέτρας έχει συντελεστή τριβής ίση με μστατικός = 0,3, οπότε χρησιμοποιήστε αυτήν την τιμή για ένα ξύλινο ντουλάπι 10 κιλών (kg) σε μια επιφάνεια πέτρας:
φά = μστατικός mg
= 0,3 × 10 kg × 9,8 m / s2
= 29,4 newton
Η εξεύρεση της δύναμης της τριβής χωρίς ένα πείραμα
Κοιτάξτε online για να βρείτε τον συντελεστή τριβής μεταξύ των δύο ουσιών σας. Για παράδειγμα, ένα ελαστικό αυτοκινήτου στην άσφαλτο έχει συντελεστή μστατικός = 0,72, πάγος στο ξύλο έχει μστατικός = 0,05 και το ξύλο σε τούβλο έχει μστατικός = 0.6. Βρείτε την τιμή για την κατάστασή σας (συμπεριλαμβανομένου του συντελεστή ολίσθησης εάν δεν υπολογίζετε την τριβή από τη στάση) και σημειώστε την.
Η ακόλουθη εξίσωση σας λέει τη δύναμη της δύναμης τριβής (με τον συντελεστή στατικής τριβής):
φά = μστατικός Ν
Αν η επιφάνεια σας είναι επίπεδη και παράλληλη με το έδαφος, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε:
φά = μστατικός mg
Αν δεν συμβαίνει, η κανονική δύναμη είναι ασθενέστερη. Σε αυτή την περίπτωση, βρείτε τη γωνία κλίσης θ, και υπολογίστε:
φά = cos (θ) μστατικός mg
Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας ένα μπλοκ πάγου 1 kg σε ξύλο, με κλίση έως 30 °, και θυμόμαστε ότι σολ = 9,8 m / s2, αυτό δίνει:
φά = cos (θ) μστατικός mg
= cos (30 °) × 0,05 × 1 kg × 9,8 m / s2
= 0.424 newton