Friktion er en del af hverdagen. Mens du er i idealiserede fysiske problemer, ignorerer du ofte ting som luftmodstand og friktionskraften, hvis du vil nøjagtigt beregne objekternes bevægelse over en overflade, skal du tage højde for interaktionerne på kontaktpunktet mellem objektet og overflade.
Dette betyder normalt enten at arbejde med glidende friktion, statisk friktion eller rullende friktion afhængigt af den specifikke situation. Selvom en rullende genstand som en kugle eller et hjul klart oplever mindre friktionskraft end en genstand, du skal glid, skal du stadig lære at beregne rullemodstand for at beskrive bevægelsen af objekter som bildæk på asfalt.
Definition af rullende friktion
Rullende friktion er en type kinetisk friktion, også kendt somrullemodstand, som gælder for rullende bevægelse (i modsætning til glidende bevægelse - den anden type kinetisk friktion) og modsætter sig rullende bevægelse i det væsentlige på samme måde som andre former for friktionskraft.
Generelt involverer rullende ikke så meget modstand som glidning, så den
Rulningsprocessen (eller ren rullning, dvs. uden glidning) er helt forskellig fra glidning, fordi rullende inkluderer yderligere friktion, da hvert nye punkt på objektet kommer i kontakt med overflade. Som et resultat af dette er der til enhver tid et nyt kontaktpunkt, og situationen ligner øjeblikkeligt statisk friktion.
Der er mange andre faktorer ud over overfladeruhed, der også påvirker rullende friktion; for eksempel påvirker mængden genstanden og overfladen til rullende bevægelse, når de er i kontakt, styrken af kraften. For eksempel oplever bil- eller lastbildæk mere rullemodstand, når de pumpes op til et lavere tryk. Ud over de direkte kræfter, der skubber på et dæk, skyldes noget af energitabet varmehysteresetab.
Ligning for rullende friktion
Ligningen for rullende friktion er grundlæggende den samme som ligningerne for glidende friktion og statisk friktion undtagen med rullende friktionskoefficient i stedet for den samme koefficient for andre typer friktion.
Ved brug afFk, r for kraften af rullende friktion (dvs. kinetisk, rullende),Fn for den normale kraft ogμk, r for koefficienten for rullende friktion er ligningen:
F_ {k, r} = μ_ {k, r} F_n
Da rullende friktion er en kraft, er enheden afFk, r er newton. Når du løser problemer med en rullende krop, skal du slå den specifikke rullende friktionskoefficient op for dine specifikke materialer. Engineering Toolbox er generelt en fantastisk ressource for denne type ting (se Ressourcer).
Som altid er den normale kraft (Fn) har den samme vægtstørrelse (dvs.mg, hvormer massen ogg= 9,81 m / s2) af objektet på en vandret overflade (forudsat at ingen andre kræfter virker i den retning), og det er vinkelret på overfladen ved kontaktpunktet.Hvis overfladen er skråti en vinkelθ, størrelsen af den normale kraft er givet vedmgcos (θ).
Beregninger med kinetisk friktion
Beregning af rullende friktion er i de fleste tilfælde en ret ligetil proces. Forestil dig en bil med en massem= 1.500 kg, kørsel på asfalt og medμk, r = 0.02. Hvad er rullemodstanden i dette tilfælde?
Brug formlen ved siden afFn = mg(på en vandret overflade):
\ begin {align} F_ {k, r} & = μ_ {k, r} F_n \\ & = μ_ {k, r} mg \\ & = 0,02 × 1500 \; \ text {kg} × 9,81 \; \ tekst {m / s} ^ 2 \\ & = 294 \; \ text {N} \ end {justeret}
Du kan se, at kraften på grund af rullende friktion synes at være betydelig i dette tilfælde, men i betragtning af bilens masse og ved brug af Newtons anden lov svarer dette kun til en deceleration på 0,196 m / s2. jeg
Hvis den samme bil kørte op ad en vej med en stigning på 10 grader, skulle du brugeFn = mgcos (θ), og resultatet ville ændre sig:
\ begin {align} F_ {k, r} & = μ_ {k, r} F_n \\ & = μ_ {k, r} mg \ cos (\ theta) \\ & = 0,02 × 1500 \; \ text {kg } × 9.81 \; \ text {m / s} ^ 2 × \ cos (10 °) \\ & = 289.5 \; \ text {N} \ end {justeret}
Da den normale kraft reduceres på grund af hældningen, reduceres friktionskraften med den samme faktor.
Du kan også beregne koefficienten for rullende friktion, hvis du kender rullende friktionskraft og størrelsen af den normale kraft ved hjælp af følgende omarrangerede formel:
μ_ {k, r} = \ frac {F_ {k, r}} {F_n}
Forestil dig et cykeldæk, der ruller på en vandret betonoverflade medFn = 762 N ogFk, r = 1,52 N, koefficienten for rullende friktion er:
\ begynde {justeret} μ_ {k, r} & = \ frac {F_ {k, r}} {F_n} \\ & = \ frac {1.52 \; \ text {N}} {762 \; \ text {N }} \\ & = 0,002 \ end {justeret}