Zawartość
Większość ludzi rozumie tarcie w intuicyjny sposób. Podczas próby popchnięcia obiektu wzdłuż powierzchni kontakt między nim a powierzchnią jest odporny na popychanie do określonej siły pchania. Obliczanie siły tarcia matematycznie zwykle obejmuje „współczynnik tarcia”, który opisuje, jak bardzo dwa specyficzne materiały „sklejają się”, aby oprzeć się ruchowi, i coś, co nazywa się „siłą normalną”, która odnosi się do masy obiektu. Ale jeśli nie znasz współczynnika tarcia, w jaki sposób obliczasz siłę? Możesz to osiągnąć, sprawdzając standardowy wynik online lub przeprowadzając mały eksperyment.
Znalezienie siły tarcia eksperymentalnie
Użyj przedmiotowego obiektu i niewielkiej części powierzchni, którą możesz swobodnie poruszać, aby ustawić pochylnię. Jeśli nie możesz użyć całej powierzchni lub całego obiektu, po prostu użyj kawałka czegoś wykonanego z tego samego materiału. Na przykład, jeśli masz podłogę wyłożoną kafelkami jako powierzchnię, możesz użyć pojedynczej płytki do utworzenia rampy. Jeśli masz jako przedmiot drewnianą szafkę, użyj innego, mniejszego przedmiotu wykonanego z drewna (najlepiej z podobnym wykończeniem na drewnie). Im bardziej zbliżysz się do prawdziwej sytuacji, tym dokładniejsze będą twoje obliczenia.
Upewnij się, że możesz regulować nachylenie rampy, układając w stos serię książek lub coś podobnego, dzięki czemu możesz dokonać drobnych korekt do maksymalnej wysokości.
Im bardziej nachylona jest powierzchnia, tym bardziej siła grawitacji będzie działać, aby pociągnąć ją w dół rampy. Siła tarcia działa przeciwko temu, ale w pewnym momencie siła grawitacji ją pokonuje. Oznacza to maksymalną siłę tarcia dla tych materiałów, a fizycy opisują to za pomocą współczynnika tarcia statycznego (μstatyczny). Eksperyment pozwala znaleźć wartość tego.
Umieść obiekt na powierzchni pod małym kątem, aby nie zsunął się po pochylni. Stopniowo zwiększ nachylenie pochylni, dodając książki lub inne cienkie przedmioty do swojego stosu i znajdź najbardziej strome nachylenie, na którym możesz je utrzymać bez poruszania się obiektu. Będziesz miał trudności z uzyskaniem całkowicie precyzyjnej odpowiedzi, ale twoje najlepsze oszacowanie będzie wystarczająco zbliżone do prawdziwej wartości do obliczeń. Zmierz wysokość rampy i długość podstawy rampy, gdy jest ona w tym nachyleniu. Zasadniczo traktujesz rampę jako formowanie trójkąta pod kątem prostym z podłogą oraz mierzenie długości i wysokości trójkąta.
Matematyka sytuacji działa dobrze i okazuje się, że styczna kąta nachylenia mówi o wartości współczynnika. Więc:
μstatyczny = tan (θ)
Lub, ponieważ tan = naprzeciwko / w sąsiedztwie = długość podstawy / wysokości, obliczasz:
μstatyczny = tan (długość podstawy / wysokość rampy)
Wykonaj te obliczenia, aby znaleźć wartość współczynnika dla konkretnej sytuacji.
Napiwki
fa = μstatyczny N.
Gdzie "N.”Oznacza normalną siłę. W przypadku płaskiej powierzchni wartość tego jest równa wadze obiektu, więc możesz użyć:
fa = μstatyczny mg
Tutaj, m jest masą obiektu i sol oznacza przyspieszenie ziemskie (9,8 m / s2).
Na przykład drewno na kamiennej powierzchni ma współczynnik tarcia wynoszący μstatyczny = 0,3, więc używając tej wartości dla 10-kilogramowej (kg) drewnianej szafki na kamiennej powierzchni:
fa = μstatyczny mg
= 0,3 × 10 kg × 9,8 m / s2
= 29,4 niutonów
Znalezienie siły tarcia bez eksperymentu
Sprawdź online, aby znaleźć współczynnik tarcia między dwiema substancjami. Na przykład opona samochodowa na asfalcie ma współczynnik μstatyczny = 0,72, lód na drewnie ma μstatyczny = 0,05, a drewno na cegle ma μstatyczny = 0,6. Znajdź wartość dla swojej sytuacji (w tym używając współczynnika poślizgu, jeśli nie obliczasz tarcia z postoju) i zanotuj ją.
Poniższe równanie mówi ci siłę siły tarcia (ze współczynnikiem tarcia statycznego):
fa = μstatyczny N.
Jeśli Twoja powierzchnia jest płaska i równoległa do podłoża, możesz użyć:
fa = μstatyczny mg
Jeśli nie, normalna siła jest słabsza. W takim przypadku znajdź kąt nachylenia θi obliczyć:
fa = cos (θ) μstatyczny mg
Na przykład, używając 1 kg bloku lodu na drewnie, pochylonego do 30 ° i pamiętając o tym sol = 9,8 m / s2, to daje:
fa = cos (θ) μstatyczny mg
= cos (30 °) × 0,05 × 1 kg × 9,8 m / s2
= 0,424 niutony