Статичното триене е сила, която трябва да бъдепреодолявамза нещо, което да тръгне. Например, някой може да бута неподвижен обект като тежък диван, без той да се движи. Но ако натиснат по-силно или привлекат помощта на силен приятел, той ще преодолее силата на триене и ще се придвижи.
Докато диванът все още е,сила на статично триене е балансиране на приложената сила на тласъка. Следователно,силата на статично триене се увеличава линейно, като приложената сила действа в обратна посока, докато достигне максимална стойност и обектът просто започне да се движи. След това обектът вече не изпитва съпротивление от статично триене, а от кинетично триене.
Статичното триене обикновено е по-голяма сила на триене от кинетичното триене - по-трудно е да започнете да бутате диван по пода, отколкото да го поддържате.
Коефициент на статично триене
Статичното триене е резултат от молекулярни взаимодействия между обекта и повърхността, върху която се намира. По този начин различните повърхности осигуряват различни количества статично триене.
Коефициентът на триене, който описва тази разлика в статичното триене за различни повърхности еμс.Тя може да бъде намерена в таблица, като тази, свързана с тази статия, или изчислена експериментално.
Уравнение за статично триене
Където:
- Fс= сила на статично триене в нютони (N)
- μс = коефициент на статично триене (без единици)
- Fн = нормална сила между повърхностите в нютони (N)
Максимално статично триене се постига, когато неравенството се превърне в равенство, в който момент друга сила на триене поема, когато обектът започне да се движи. (Силата на кинетичното или триене при плъзгане има различен коефициент, свързан с него, наречен коефициент на кинетично триене и обозначенμк .)
Примерно изчисление със статично триене
Дете се опитва да избута 10-килограмова гумена кутия хоризонтално по гумен под. Коефициентът на статично триене е 1,16. Каква е максималната сила, която детето може да използвабезкутията изобщо се движи?
[вмъкнете диаграма на свободното тяло, показваща приложените, триещите, гравитационните и нормалните сили върху неподвижната кутия]
Първо, обърнете внимание, че нетната сила е 0 и намерете нормалната сила на повърхността върху кутията. Тъй като кутията не се движи, тази сила трябва да бъде равна по размер на гравитационната сила, действаща в обратна посока. Спомнете си товаFж = mgкъдетоFже силата на гравитацията,ме масата на обекта иже ускорението поради гравитацията на Земята.
Така:
F_N = F_g = 10 \ по 9,8 = 98 \ текст {N}
След това решете за Fс с уравнението по-горе:
F_s = \ mu_s \ пъти F_N = 1,16 \ пъти 98 = 113,68 \ текст {N}
Това е максималната статична сила на триене, която ще се противопостави на движението на кутията. Следователно това е и максималното количество сила, което детето може да приложи, без да се движи кутията.
Обърнете внимание, че докато детето прилага някаква силапо-малко от максималната стойност на статичното триене, кутията все още няма да се движи!
Статично триене в наклонени равнини
Статичното триене не се противопоставя само на приложените сили. Той предпазва обектите от плъзгане по хълмове или други наклонени повърхности, устоявайки на гравитацията.
За ъгъл се прилага същото уравнение, но е необходима тригонометрия за разделяне на силовите вектори в техните хоризонтални и вертикални компоненти.
Помислете за 2-килограмова книга, почиваща на наклонена равнина при 20 градуса. За да остане книгата неподвижна,силите, успоредни на наклонената равнина, трябва да бъдат балансирани. Както показва диаграмата, силата на статично триене е успоредна на равнината в посока нагоре; противоположната низходяща сила е от гравитацията - в този случай обачесамо хоризонталната съставка на гравитационната силабалансира статичното триене.
Чрез изчертаване на правоъгълен триъгълник от силата на гравитацията, за да се разрешат неговите компоненти, и извършване на малко геометрия, за да се установи, че ъгълът в този триъгълник е равен на ъгъла на наклона на равнината, нахоризонтален компонент на гравитационната сила(компонентът, успореден на равнината) е след това:
F_ {g, x} = mg \ sin {\ theta} = 2 \ по 9,8 \ пъти \ sin {20} = 6,7 \ текст {N}
Това трябва да е равно на силата на статично триене, задържаща книгата на място.
Друга стойност, която е възможно да се намери в този анализ, е коефициентът на статично триене. Нормалната сила еперпендикулярнодо повърхността, върху която лежи книгата. Така че тази сила трябва да бъдебалансиран с вертикалния компонентна силата на гравитацията:
F_ {g, y} = mg \ cos {\ theta} = 2 \ по 9,8 \ пъти \ cos {20} = 18,4 \ текст {N}
След това, пренареждане на уравнението за статично триене:
\ mu_s = \ frac {F_s} {F_N} = \ frac {6.7} {18.4} = 0.364