Kinetisk friktion: definition, koefficient, formel (med eksempler)

De fleste objekter er ikke rigtig så glatte som du tror, ​​de er. På det mikroskopiske niveau er selv tilsyneladende glatte overflader virkelig et landskab med små bakker og dale, for små for virkelig at se, men gøre en enorm forskel, når det kommer til beregning af relativ bevægelse mellem to kontakter overflader.

Disse små ufuldkommenheder i overfladerne låses sammen og giver anledning til den friktionskraft, der virker ind den modsatte retning af enhver bevægelse og skal beregnes for at bestemme nettokraften på objektet.

Der er et par forskellige typer friktion, menkinetisk friktioner ellers kendt somglidende friktion, mensstatisk friktionpåvirker objektetFørdet begynder at bevæge sig ogrullende friktionspecifikt vedrører rullende genstande som hjul.

At lære, hvad kinetisk friktion betyder, hvordan man finder den passende friktionskoefficient, og hvordan man beregne det fortæller dig alt hvad du behøver at vide for at tackle fysiske problemer, der involverer kraften i friktion.

Den mest ligefremme kinetiske friktionsdefinition er: modstanden mod bevægelse forårsaget af kontakten mellem en overflade og objektet, der bevæger sig mod den. Kraften af ​​kinetisk friktion virker påmodsætte sigobjektets bevægelse, så hvis du skubber noget fremad, skubber friktion det baglæns.

Den kinetiske fiktionskraft gælder kun for et objekt, der bevæger sig (deraf "kinetisk"), og er ellers kendt som glidende friktion. Dette er den kraft, der modsætter glidende bevægelse (skubber en kasse hen over gulvbrædder), og der er specifikkefriktionskoefficientertil denne og andre typer friktion (såsom rullende friktion).

Den anden vigtige type friktion mellem faste stoffer er statisk friktion, og dette er modstanden mod bevægelse forårsaget af friktionen mellem enstadiggenstand og en overflade. Detkoefficient for statisk friktioner generelt større end koefficienten for kinetisk friktion, hvilket indikerer, at friktionskraften er svagere for objekter, der allerede er i bevægelse.

Friktionskraften defineres bedst ved hjælp af en ligning. Friktionskraften afhænger af friktionskoefficienten for den pågældende friktionstype og størrelsen af ​​den normale kraft, som overfladen udøver på objektet. For glidende friktion gives friktionskraften ved:

HvorF​_k er kraften af ​​kinetisk friktion,μ​_k er koefficienten for glidende friktion (eller kinetisk friktion) ogF​_n er den normale kraft, lig med genstandens vægt, hvis problemet involverer en vandret overflade, og ingen andre lodrette kræfter virker (dvs.​F​_n = ​mg​, hvormer genstandens masse ogger accelerationen på grund af tyngdekraften). Da friktion er en kraft, er friktionskraftens enhed newton (N). Koefficienten for kinetisk friktion er enhedsløs.

Ligningen for statisk friktion er grundlæggende den samme, bortset fra at glidende friktionskoefficient erstattes af den statiske friktionskoefficient (μ​_s). Dette betragtes bedst som en maksimal værdi, fordi det stiger op til et bestemt punkt, og hvis du derefter anvender mere kraft på objektet, begynder det at bevæge sig:

At udarbejde den kinetiske friktionskraft er ligetil på en vandret overflade, men lidt sværere på en skrå overflade. Tag f.eks. En glasblok med en masse påm= 2 kg, skubbes hen over en vandret glasoverflade,𝜇​_k = 0,4. Du kan nemt beregne den kinetiske friktionskraft ved hjælp af forholdetF​_n = ​mgog bemærker detg= 9,81 m / s²:

Forestil dig nu den samme situation, bortset fra at overfladen er skråtstillet 20 grader til vandret. Den normale kraft er afhængig af komponenten ivægtaf objektet rettet vinkelret på overfladen, hvilket er givet afmgcos (θ), hvorθer hældningsvinklen. Noter detmgsynd (θ) fortæller dig tyngdekraften, der trækker den ned ad hældningen.

Med blokken i bevægelse giver dette:

Du kan også beregne koefficienten for statisk friktion med et simpelt eksperiment. Forestil dig, at du prøver at skubbe eller trække en træklods på 5 kg over beton. Hvis du registrerer den påførte kraft på det nøjagtige tidspunkt, hvor kassen begynder at bevæge sig, kan du omarrangere den statiske friktionsligning for at finde den passende friktionskoefficient for træ og sten. Hvis det tager 30 N kraft at flytte blokken, så er det maksimale forF​_s = 30 N, så:

Arrangerer igen for at:

Så koefficienten er omkring 0,61.