Overflader udøver en friktionskraft, der modstår glidebevægelser, og du skal beregne størrelsen på denne kraft som en del af mange fysiske problemer. Mængden af friktion afhænger hovedsageligt af den "normale kraft", hvilke overflader der udøves på objekterne, der sidder på dem, samt egenskaberne for den specifikke overflade, du overvejer. Til de fleste formål kan du bruge formlen:
at beregne friktion medNstår for den “normale” kraft og “μ”Inkorporerer overfladens egenskaber.
Friktion beskriver kraften mellem to overflader, når du prøver at bevæge den ene over den anden. Kraften modstår bevægelse, og i de fleste tilfælde virker kraften i den modsatte retning af bevægelsen. Nede på molekylært niveau, når du presser to overflader sammen, mindre ufuldkommenheder i hver overfladen kan låse sammen, og der kan være attraktive kræfter mellem molekylerne i et materiale og den anden. Disse faktorer gør det sværere at flytte dem forbi hinanden. Du arbejder dog ikke på dette niveau, når du beregner friktionskraften. I hverdagssituationer grupperer fysikere alle disse faktorer sammen i "koefficienten"
Den "normale" kraft beskriver den kraft, som overfladen, som en genstand hviler på (eller presses på), udøver på genstanden. For en stille genstand på en plan overflade skal kraften nøjagtigt modsætte sig kraften på grund af tyngdekraften, ellers ville objektet bevæge sig i henhold til Newtons bevægelseslove. Den "normale" kraft (N) er navnet på den kraft, der gør dette.
Det virker altid vinkelret på overfladen. Dette betyder, at den normale kraft på en skrå overflade stadig peger direkte væk fra overfladen, mens tyngdekraften peger direkte nedad.
Den normale kraft kan i de fleste tilfælde ganske enkelt beskrives ved:
N = mg
Her,mrepræsenterer massen af objektet, oggstår for accelerationen på grund af tyngdekraften, som er 9,8 meter pr. sekund pr. sekund (m / s2) eller net pr. kg (N / kg). Dette matcher simpelthen objektets "vægt".
For skrå overflader reduceres styrken af den normale kraft, jo mere overfladen er skråt, så formlen bliver:
N = mg \ cos {\ theta}
Medθstår for vinklen, som overfladen er tilbøjelig til.
For et simpelt beregningseksempel, overvej en flad overflade med en 2 kg træblok på. Den normale kraft ville pege direkte opad (for at understøtte blokens vægt), og du ville beregne:
N = 2 \ gange 9.8 = 19.6 \ tekst {N}
Koefficienten afhænger af objektet og den specifikke situation, du arbejder med. Hvis objektet ikke allerede bevæger sig over overfladen, bruger du koefficienten for statisk friktionμstatisk, men hvis den bevæger sig, bruger du koefficienten for glidende friktionμglide.
Generelt er koefficienten for glidende friktion mindre end koefficienten for statisk friktion. Med andre ord er det lettere at glide noget, der allerede glider, end at glide noget, der stadig er.
De materialer, du overvejer, påvirker også koefficienten. For eksempel, hvis træblokken fra tidligere var på en mursten overflade, ville koefficienten være 0,6, men for rent træ kan den være hvor som helst fra 0,25 til 0,5. For is på is er den statiske koefficient 0,1. Igen reducerer glidekoefficienten dette endnu mere til 0,03 for is på is og 0,2 for træ på træ. Slå disse op for din overflade ved hjælp af en online tabel (se Ressourcer).
Formlen for friktionskraften siger:
F = \ mu N
For eksempel overveje en træblok på 2 kg masse på et træbord, der skubbes fra stationær. I dette tilfælde bruger du den statiske koefficient medμstatisk = 0,25 til 0,5 for træ. Tagerμstatisk = 0,5 for at maksimere den potentielle effekt af friktion og huskeN = 19,6 N fra tidligere er kraften:
F = 0,5 \ gange19,6 = 9,8 \ tekst {N}
Husk, at friktion kun giver kraft til at modstå bevægelse, så hvis du begynder at skubbe den forsigtigt og få fastere, vil friktionskraften stige til en maksimal værdi, hvilket er det, du lige har beregnet. Fysikere skriver undertidenFmaks for at gøre dette punkt klart.
Når blokken er i bevægelse, bruger duμglide = 0,2, i dette tilfælde:
F_ {slide} = \ mu_ {slide} N = 0,2 \ gange 19,6 = 3,92 \ tekst {N}