Povrchy vyvíjejí třecí sílu, která odolává klouzavým pohybům, a je třeba vypočítat velikost této síly jako součást mnoha fyzikálních problémů. Velikost tření závisí hlavně na „normální síle“, kterou povrchy působí na objekty, které na nich sedí, a také na vlastnostech konkrétního povrchu, který uvažujete. Pro většinu účelů můžete použít vzorec:
pro výpočet tření sNstojí za „normální“ sílu a „μ“Zahrnující vlastnosti povrchu.
Tření popisuje sílu mezi dvěma povrchy, když se pokoušíte pohybovat jeden přes druhý. Síla odolává pohybu a ve většině případů působí v opačném směru než pohyb. Dole na molekulární úrovni, když stisknete dva povrchy dohromady, v každém jsou drobné nedokonalosti povrch se může vzájemně propojit a mezi molekulami jednoho materiálu a mohou působit přitažlivé síly jiný. Tyto faktory ztěžují jejich přesunutí kolem sebe. Při výpočtu síly tření však na této úrovni nepracujete. Pro každodenní situace fyzici seskupují všechny tyto faktory do „koeficientu“μ.
„Normální“ síla popisuje sílu, na kterou působí povrch, na který předmět spočívá (nebo je na něj přitlačen). U statického objektu na rovném povrchu musí síla přesně působit proti gravitační síle, jinak by se objekt pohyboval podle Newtonových pohybových zákonů. „Normální“ síla (
N) je název pro sílu, která to dělá.Působí vždy kolmo na povrch. To znamená, že na nakloněném povrchu by normální síla stále směřovala přímo od povrchu, zatímco gravitační síla by směřovala přímo dolů.
Normální sílu lze ve většině případů jednoduše popsat takto:
N = mg
Tady,mpředstavuje hmotnost objektu aGznamená gravitační zrychlení, které je 9,8 metrů za sekundu za sekundu (m / s2), nebo sítě na kilogram (N / kg). To jednoduše odpovídá „hmotnosti“ objektu.
U nakloněných ploch se síla normálové síly snižuje, čím více je plocha nakloněná, takže vzorec se stává:
N = mg \ cos {\ theta}
Sθstojí za úhel, ke kterému je povrch nakloněn.
Pro jednoduchý příklad výpočtu zvažte rovný povrch, na kterém sedí 2 kg blok dřeva. Normální síla by směřovala přímo nahoru (aby unesla váhu bloku) a vypočítali byste:
N = 2 \ krát 9,8 = 19,6 \ text {N}
Koeficient závisí na objektu a konkrétní situaci, se kterou pracujete. Pokud se objekt již nepohybuje po povrchu, použijete koeficient statického třeníμstatický, ale pokud se pohybuje, použijete koeficient kluzného třeníμskluzavka.
Obecně je koeficient kluzného tření menší než koeficient statického tření. Jinými slovy, je snazší vysunout něco, co se již vysouvá, než vysunout něco, co se stále vysouvá.
Materiály, které uvažujete, také ovlivňují koeficient. Například pokud byl blok dřeva dříve na cihlovém povrchu, koeficient by byl 0,6, ale u čistého dřeva to může být kdekoli od 0,25 do 0,5. U ledu na ledu je statický koeficient 0,1. Klouzavý koeficient to opět snižuje ještě více, na 0,03 u ledu na ledě a 0,2 u dřeva dřevo. Najděte si svůj povrch pomocí online tabulky (viz Zdroje).
Vzorec pro sílu tření uvádí:
F = \ mu N
Zvažte například dřevěný blok o hmotnosti 2 kg na dřevěný stůl, který je tlačen ze stání. V tomto případě použijete statický koeficient sμstatický = 0,25 až 0,5 pro dřevo. Brátμstatický = 0,5 pro maximalizaci možného účinku tření a zapamatování siN = 19,6 N dříve, síla je:
F = 0,5 \ krát19,6 = 9,8 \ text {N}
Nezapomeňte, že tření poskytuje sílu pouze k odporu proti pohybu, takže pokud na něj začnete jemně tlačit a dostanete se pevnější, síla tření se zvýší na maximální hodnotu, kterou jste právě vypočítali. Fyzici někdy píšíFmax aby byl tento bod jasný.
Jakmile se blok pohne, použijeteμskluzavka = 0,2, v tomto případě:
F_ {snímek} = \ mu_ {snímek} N = 0,2 \ krát 19,6 = 3,92 \ text {N}