Zawartość
Powierzchnie wywierają siłę tarcia, która jest odporna na ruchy ślizgowe, i musisz obliczyć wielkość tej siły w ramach wielu problemów fizycznych. Wielkość tarcia zależy głównie od „siły normalnej”, jaką powierzchnie wywierają na leżące na nich przedmioty, a także od właściwości konkretnej powierzchni, którą rozważasz. Do większości celów możesz użyć formuły fa = μN obliczyć tarcie, za pomocą N. w obronie „normalnej” siły i „μ”Uwzględniające właściwości powierzchni.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Oblicz siłę tarcia za pomocą wzoru:
fa = μN
Gdzie N. jest normalną siłą i μ to współczynnik tarcia dla twoich materiałów i tego, czy są one nieruchome, czy ruchome. Siła normalna jest równa ciężarowi obiektu, więc można to również zapisać:
fa = μmg
Gdzie m jest masą obiektu i sol oznacza przyspieszenie ziemskie. Tarcie działa przeciwstawnie do ruchu obiektu.
Co to jest tarcie?
Tarcie opisuje siłę między dwiema powierzchniami, gdy próbujesz poruszać się jedna po drugiej. Siła opiera się ruchowi, aw większości przypadków siła działa w przeciwnym kierunku do ruchu. W dół na poziomie molekularnym, gdy dociskasz dwie powierzchnie razem, drobne niedoskonałości na każdej powierzchni mogą się łączyć, a między cząsteczkami jednego materiału mogą występować siły przyciągające. Czynniki te utrudniają przenoszenie ich obok siebie. Jednak nie pracujesz na tym poziomie, gdy obliczasz siłę tarcia. W codziennych sytuacjach fizycy grupują wszystkie te czynniki razem w „współczynniku” μ.
Obliczanie siły tarcia
„Normalna” siła opisuje siłę, na którą powierzchnia, na której spoczywa obiekt (lub na którą jest wciśnięty), wywiera na przedmiot. W przypadku nieruchomego obiektu na płaskiej powierzchni siła musi dokładnie przeciwstawić się sile grawitacji, w przeciwnym razie obiekt poruszyłby się zgodnie z prawami ruchu Newtona. „Normalna” siła (N.) to nazwa siły, która to robi.
Zawsze działa prostopadle do powierzchni. Oznacza to, że na pochyłej powierzchni normalna siła nadal wskazywałaby bezpośrednio od powierzchni, podczas gdy siła grawitacji byłaby skierowana bezpośrednio w dół.
W większości przypadków normalną siłę można po prostu opisać:
N. = mg
Tutaj, m reprezentuje masę obiektu, oraz sol oznacza przyspieszenie ziemskie, które wynosi 9,8 metra na sekundę na sekundę (m / s2) lub netto na kilogram (N / kg). To po prostu pasuje do „ciężaru” obiektu.
W przypadku powierzchni pochyłych siła siły normalnej jest zmniejszana, im bardziej powierzchnia jest nachylona, więc formuła staje się:
N. = mg cos (θ)
Z θ oznaczający kąt, do którego nachylona jest powierzchnia.
Dla prostego przykładowego obliczenia rozważ płaską powierzchnię z siedzącym na niej blokiem drewna o wadze 2 kg. Siła normalna byłaby skierowana bezpośrednio w górę (w celu utrzymania ciężaru bloku) i obliczono by:
N. = 2 kg × 9,8 N / kg = 19,6 N.
Współczynnik zależy od obiektu i konkretnej sytuacji, z którą pracujesz. Jeśli obiekt nie porusza się już po powierzchni, używasz współczynnika tarcia statycznego μstatyczny, ale jeśli się porusza, używasz współczynnika tarcia ślizgowego μślizgać się.
Zasadniczo współczynnik tarcia ślizgowego jest mniejszy niż współczynnik tarcia statycznego. Innymi słowy, łatwiej jest przesunąć coś, co już się przesuwa, niż przesunąć coś, co wciąż.
Rozważane materiały również wpływają na współczynnik. Na przykład, jeśli wcześniej drewniany blok znajdował się na powierzchni cegły, współczynnik wyniósłby 0,6, ale dla czystego drewna może wynosić od 0,25 do 0,5. W przypadku lodu na lodzie współczynnik statyczny wynosi 0,1. Ponownie współczynnik poślizgu zmniejsza to jeszcze bardziej, do 0,03 dla lodu na lodzie i 0,2 dla drewna na drewnie. Poszukaj ich na swojej powierzchni za pomocą stołu online (patrz Zasoby).
Wzór na stany siły tarcia:
fa = μN
Na przykład rozważmy drewniany blok o wadze 2 kg na drewnianym stole, wypychany ze stacjonarnego. W tym przypadku używasz współczynnika statycznego, z μstatyczny = 0,25 do 0,5 dla drewna. Nabierający μstatyczny = 0,5, aby zmaksymalizować potencjalny efekt tarcia i zapamiętanie N. = 19,6 N od wcześniej, siła wynosi:
fa = 0,5 × 19,6 N = 9,8 N.
Pamiętaj, że tarcie zapewnia siłę tylko do przeciwdziałania ruchowi, więc jeśli zaczniesz go delikatnie popychać i ujędrnisz, siła tarcia wzrośnie do wartości maksymalnej, którą właśnie obliczyłeś. Fizycy czasami piszą famax wyjaśnić tę kwestię.
Gdy blok się porusza, używasz μślizgać się = 0,2, w tym przypadku:
faślizgać się = μślizgać się N.
= 0,2 × 19,6 N = 3,92 N.