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

Glidende friktion, mere almindeligt omtalt som kinetisk friktion, er en kraft, der modsætter sig glidende bevægelse af to overflader, der bevæger sig forbi hinanden. I modsætning hertil er statisk friktion en type friktionskraft mellem to overflader, der skubber mod hinanden, men ikke glider i forhold til hinanden. (Forestil dig at skubbe på en stol, før den begynder at glide over gulvet. Kraften, du anvender, før glidningen begynder, modvirkes af statisk friktion.)

Glidende friktion involverer typisk mindre modstand end statisk friktion, hvorfor du ofte skal skubbe hårdere for at få et objekt til at begynde at glide end at holde det glidende. Friktionskraftens størrelse er direkte proportional med størrelsen af ​​den normale kraft. Husk at den normale kraft er den kraft, der er vinkelret på overfladen, der modvirker andre kræfter, der påføres i den retning.

Proportionalitetskonstanten er en enhedsløs størrelse kaldet friktionskoefficienten, og den varierer afhængigt af overfladerne i kontakt. (Værdier for denne koefficient bliver typisk slået op i tabeller.) Friktionskoefficienten er normalt repræsenteret af det græske bogstav

HvorF_Ner størrelsen af ​​den normale kraft, enhederne er i newton (N), og retningen af ​​denne kraft er modsat bevægelsesretningen.

Rullemodstand kaldes undertiden rullende friktion, selvom det ikke ligefrem er en friktionskraft, fordi det ikke er resultatet af to overflader i kontakt, der forsøger at skubbe mod hinanden. Det er en modstandskraft, der skyldes energitab på grund af deformationer af den rullende genstand og overfladen.

Ligesom med friktionskræfter er størrelsen af ​​rullemodstandskraften imidlertid direkte proportional til størrelsen af ​​den normale kraft med en konstant proportionalitet, der afhænger af overfladerne i kontakt. Mensμ_rbruges undertiden til koefficienten, det er mere almindeligt at seC_rr, hvilket gør ligningen for rullemodstandsstørrelsen følgende:

Denne kraft virker modsat bevægelsesretningen.

Lad os overveje et friktionseksempel, der involverer en dynamikvogn, der findes i et typisk fysikklasserum og sammenlign accelerationen, hvormed den bevæger sig ned ad et metalskinne, der er skråtstillet ved 20 grader for tre forskellige scenarier:

​Scenarie 1:Der er ingen friktion eller modstandskræfter, der virker på vognen, da den ruller frit uden at glide ned ad sporet.

Først tegner vi fritlegemsdiagrammet. Tyngdekraften, der peger lige ned, og den normale kraft, der peger vinkelret på overfladen, er de eneste kræfter, der virker.

Nettokraftligningerne er:

Straks kan vi løse den første ligning for acceleration og tilslutte værdier for at få svaret:

​Scenarie 2:Rullemodstand virker på vognen, da den ruller frit uden at glide ned ad banen.

Her antager vi en koefficient for rullemodstand på 0,0065, som er baseret på et eksempel, der findes i a papir fra US Naval Academy.

Nu inkluderer vores fritlegemsdiagram rullemodstand, der virker op ad sporet. Vores nettokraftligninger bliver:

Fra den anden ligning kan vi løse forF_N, sæt resultatet i udtrykket for friktion i den første ligning, og løs for-en​:

​Scenarie 3:Vognens hjul er låst på plads, og den glider ned ad sporet, hindret af kinetisk friktion.

Her vil vi bruge en kinetisk friktionskoefficient på 0,2, som er midt i det interval af værdier, der typisk er angivet for plast på metal.

Vores fritlegemsdiagram ligner meget rullemodstandssagen, bortset fra at det er en glidende friktionskraft, der virker op ad rampen. Vores nettokraftligninger bliver:

Og igen løser vi for-enpå en lignende måde:

Bemærk, at accelerationen med rullemodstand er meget tæt på den friktionsfrie sag, mens den glidende friktionskasse er væsentlig anderledes. Dette er grunden til, at rullemodstand forsømmes i de fleste situationer, og hvorfor hjulet var en strålende opfindelse!