Повечето обекти всъщност не са толкова гладки, колкото си мислите. На микроскопично ниво дори очевидно гладките повърхности са наистина пейзаж от малки хълмове и долини, твърде малки наистина да видим, но да направим огромна разлика, когато става въпрос за изчисляване на относителното движение между два контакта повърхности.
Тези малки несъвършенства в повърхностите се блокират, пораждайки силата на триене, която действа обратната посока на всяко движение и трябва да се изчисли, за да се определи нетната сила върху обекта.
Има няколко различни вида триене, нокинетично триенее иначе известно катотриене при плъзгане, докатостатично триенезасяга обектапредизапочва да се движи итриене при търкалянеспециално се отнася до търкалящи се обекти като колела.
Да научим какво означава кинетично триене, как да намерим подходящия коефициент на триене и как да го направим изчислете, че ви казва всичко, което трябва да знаете за справяне с физическите проблеми, включващи силата на триене.
Дефиниция на кинетично триене
Най-ясната дефиниция на кинетично триене е: съпротивлението на движение, причинено от контакта между повърхността и обекта, движещ се срещу нея. Силата на кинетичното триене действа напротивопоставят седвижението на обекта, така че ако избутате нещо напред, триенето го изтласква назад.
Кинетичната фикционна сила се прилага само за обект, който се движи (следователно „кинетичен“) и иначе е известен като триене при плъзгане. Това е силата, която се противопоставя на плъзгащото движение (бутане на кутия през дъските на пода) и има специфичникоефициенти на триенеза този и други видове триене (като триене при търкаляне).
Другият основен тип триене между твърдите частици е статичното триене и това е устойчивостта на движение, причинено от триенето междувсе ощеобект и повърхност. Theкоефициент на статично триенеобикновено е по-голям от коефициента на кинетично триене, което показва, че силата на триене е по-слаба за обекти, които вече са в движение.
Уравнение за кинетично триене
Силата на триене се определя най-добре с помощта на уравнение. Силата на триене зависи от коефициента на триене за разглеждания вид триене и големината на нормалната сила, която повърхността упражнява върху обекта. За триене при плъзгане силата на триене се дава от:
F_k = μ_k F_n
КъдетоFк е силата на кинетичното триене,μк е коефициентът на триене при плъзгане (или кинетично триене) иFн е нормалната сила, равна на теглото на обекта, ако проблемът включва хоризонтална повърхност и не действат други вертикални сили (т.е.Fн = mg, къдетоме масата на обекта иже ускорението поради гравитацията). Тъй като триенето е сила, единицата на силата на триене е нютонът (N). Коефициентът на кинетично триене е без единица.
Уравнението за статично триене е основно същото, с изключение на коефициента на триене при плъзгане, заменен от коефициента на статично триене (μс). Това наистина се смята най-добре за максимална стойност, защото се увеличава до определена точка и след това, ако приложите повече сила към обекта, той ще започне да се движи:
F_s \ leq μ_s F_n
Изчисления с кинетично триене
Изработването на кинетичната сила на триене е лесно на хоризонтална повърхност, но малко по-трудно на наклонена повърхност. Например, вземете стъклен блок с маса отм= 2 kg, изтласкани през хоризонтална стъклена повърхност,𝜇к = 0,4. Можете лесно да изчислите кинетичната сила на триене, като използвате релациятаFн = mgи отбелязвайки товаж= 9,81 m / s2:
\ начало {подравнено} F_k & = μ_k F_n \\ & = μ_k mg \\ & = 0,4 × 2 \; \ текст {kg} × 9,81 \; \ текст {m / s} ^ 2 \\ & = 7,85 \; \ text {N} \ end {align}
Сега си представете същата ситуация, само че повърхността е наклонена на 20 градуса спрямо хоризонталата. Нормалната сила зависи от компонента натеглона обекта, насочен перпендикулярно на повърхността, което се дава отmgзащото (θ), къдетоθе ъгълът на наклона. Забележи, чеmgгрях (θ) ви казва силата на гравитацията, която го издърпва надолу по наклона.
Когато блокът е в движение, това дава:
\ начало {подравнено} F_k & = μ_k F_n \\ & = μ_k mg \; \ cos (θ) \\ & = 0,4 × 2 \; \ текст {kg} × 9,81 \; \ текст {m / s} ^ 2 × \ cos (20 °) \\ & = 7,37 \; \ текст {N } \ край {подравнен}
Можете също така да изчислите коефициента на статично триене с обикновен експеримент. Представете си, че се опитвате да започнете да бутате или дърпате 5-килограмов блок дърво върху бетон. Ако запишете приложената сила в точния момент, когато кутията започне да се движи, можете да пренаредите уравнението на статичното триене, за да намерите подходящия коефициент на триене за дърво и камък. Ако за преместване на блока са необходими 30 N сила, тогава максималната заFс = 30 N, така че:
F_s = μ_s F_n
Пренарежда да:
\ начало {подравнено} μ_s & = \ frac {F_s} {F_n} \\ & = \ frac {F_s} {mg} \\ & = \ frac {30 \; \ text {N}} {5 \; \ text {kg} × 9,81 \; \ text {m / s} ^ 2} \\ & = \ frac {30 \; \ text {N}} {49,05 \; \ text {N}} \\ & = 0,61 \ край {подравнено}
Така че коефициентът е около 0,61.