Statisk friktion er en kraft, der skal væreovervindefor at noget kan komme i gang. For eksempel kan nogen skubbe på en stationær genstand som en tung sofa uden at den bevæger sig. Men hvis de skubber hårdere eller henter en stærk vens hjælp, vil det overvinde friktionskraften og bevæge sig.
Mens sofaen er stille,kraften af statisk friktion afbalancerer den anvendte kraft af skubbet. Derfor,kraften af statisk friktion stiger lineært med den påførte kraft, der virker i den modsatte retning, indtil den når en maksimal værdi, og objektet bare begynder at bevæge sig. Derefter oplever objektet ikke længere modstand fra statisk friktion, men fra kinetisk friktion.
Den statiske friktion er normalt en større friktionskraft end kinetisk friktion - det er sværere at begynde at skubbe en sofa langs gulvet end at holde det i gang.
Koefficient for statisk friktion
Statisk friktion skyldes molekylære interaktioner mellem objektet og overfladen det er på. Således tilvejebringer forskellige overflader forskellige mængder statisk friktion.
Friktionskoefficienten, der beskriver denne forskel i statisk friktion for forskellige overflader, erμs.Det kan findes i en tabel, som den der er knyttet til denne artikel, eller beregnet eksperimentelt.
Ligning for statisk friktion
Hvor:
- Fs= kraft af statisk friktion i newton (N)
- μs = koefficient for statisk friktion (ingen enheder)
- FN = normal kraft mellem overfladerne i newton (N)
Maksimal statisk friktion opnås, når uligheden bliver en lighed, på hvilket tidspunkt en anden friktionskraft overtager, når objektet begynder at bevæge sig. (Kraften af kinetisk eller glidende friktion har en anden koefficient forbundet med den kaldet kinetisk friktionskoefficient og betegnetμk .)
Eksempelberegning med statisk friktion
Et barn forsøger at skubbe en 10 kg gummikasse vandret langs et gummigulv. Den statiske friktionskoefficient er 1,16. Hvad er den maksimale kraft, som barnet kan brugeudenkassen bevæger sig overhovedet?
[indsæt et frit legemsdiagram, der viser de anvendte, friktions-, tyngdekraft- og normale kræfter på stillboks]
Bemærk først, at nettokraften er 0, og find den normale kraft af overfladen på kassen. Da kassen ikke bevæger sig, skal denne kraft være lig med størrelsen på tyngdekraften, der virker i den modsatte retning. Husk detFg = mghvorFger tyngdekraften,mer genstandens masse ogger accelerationen på grund af tyngdekraften på jorden.
Så:
F_N = F_g = 10 \ gange 9.8 = 98 \ tekst {N}
Løs derefter for Fs med ligningen ovenfor:
F_s = \ mu_s \ times F_N = 1.16 \ times 98 = 113.68 \ text {N}
Dette er den maksimale statiske friktionskraft, der vil modsætte boksens bevægelse. Derfor er det også den maksimale mængde kraft, som barnet kan anvende, uden at kassen bevæger sig.
Bemærk, at så længe barnet anvender nogen magtmindre end den maksimale værdi af statisk friktion, kassen bevæger sig stadig ikke!
Statisk friktion på skrå planer
Statisk friktion modsætter sig ikke kun anvendte kræfter. Det forhindrer genstande i at glide ned ad bakker eller andre skrå overflader og modstå tyngdekraftens træk.
I en vinkel gælder den samme ligning, men trigonometri er nødvendig for at opløse kraftvektorerne i deres vandrette og lodrette komponenter.
Overvej en bog på 2 kg, der hviler på et skråt plan ved 20 grader. For at bogen skal forblive stille, erkræfter parallelt med det skrå plan skal være afbalanceret. Som diagrammet viser, er kraften for statisk friktion parallel med planet i opadgående retning; den modsatte nedadgående kraft er fra tyngdekraften - i dette tilfælde dogkun den vandrette komponent af tyngdekraftenbalancerer statisk friktion.
Ved at trække en højre trekant af tyngdekraften for at løse dens komponenter og udføre en lille geometri for at finde ud af, at vinklen i denne trekant er lig med planens hældningsvinkel, detvandret komponent af tyngdekraften(komponenten parallelt med planet) er så:
F_ {g, x} = mg \ sin {\ theta} = 2 \ gange 9.8 \ gange \ sin {20} = 6.7 \ tekst {N}
Dette skal være lig med kraften af statisk friktion, der holder bogen på plads.
En anden værdi, der er mulig at finde i denne analyse, er koefficienten for statisk friktion. Den normale kraft ervinkelrettil overfladen, hvorpå bogen hviler. Så denne kraft må væreafbalanceret med den lodrette komponenttyngdekraftens kraft:
F_ {g, y} = mg \ cos {\ theta} = 2 \ gange 9.8 \ gange \ cos {20} = 18.4 \ tekst {N}
Derefter omarrangere ligningen for statisk friktion:
\ mu_s = \ frac {F_s} {F_N} = \ frac {6.7} {18.4} = 0.364
