Oberflächen üben eine Reibungskraft aus, die Gleitbewegungen entgegenwirkt, und Sie müssen die Größe dieser Kraft als Teil vieler physikalischer Probleme berechnen. Die Höhe der Reibung hängt hauptsächlich von der „Normalkraft“ ab, die Oberflächen auf die darauf sitzenden Gegenstände ausüben, sowie von den Eigenschaften der spezifischen Oberfläche, die Sie betrachten. Für die meisten Zwecke können Sie die Formel verwenden:
Reibung berechnen, mitNeinsteht für die „normale“ Kraft und „μ“ unter Einbeziehung der Eigenschaften der Oberfläche.
Reibung beschreibt die Kraft zwischen zwei Oberflächen, wenn Sie versuchen, eine über die andere zu bewegen. Die Kraft wirkt einer Bewegung entgegen, und in den meisten Fällen wirkt die Kraft in die entgegengesetzte Richtung zur Bewegung. Unten auf molekularer Ebene, wenn Sie zwei Oberflächen zusammenpressen, kleine Unvollkommenheiten in jeder Oberfläche kann ineinandergreifen, und es können Anziehungskräfte zwischen den Molekülen eines Materials und das andere. Diese Faktoren machen es schwieriger, sie aneinander vorbei zu bewegen. Sie arbeiten jedoch nicht auf dieser Ebene, wenn Sie die Reibungskraft berechnen. All diese Faktoren fassen Physiker für Alltagssituationen im „Koeffizienten“ zusammen.
μ.Die „normale“ Kraft beschreibt die Kraft, die die Oberfläche, auf der ein Objekt aufliegt (oder auf die gedrückt wird), auf das Objekt ausübt. Bei einem ruhenden Objekt auf einer ebenen Fläche muss die Kraft der Schwerkraft genau entgegenwirken, sonst würde sich das Objekt nach Newtons Bewegungsgesetzen bewegen. Die „normale“ Kraft (Nein) ist der Name für die Kraft, die dies tut.
Es wirkt immer senkrecht zur Oberfläche. Das heißt, auf einer geneigten Fläche würde die Normalkraft immer noch direkt von der Fläche weg zeigen, während die Schwerkraft direkt nach unten zeigen würde.
Die Normalkraft lässt sich in den meisten Fällen einfach beschreiben durch:
N= mg
Hier,ichstellt die Masse des Objekts dar, undGsteht für die Erdbeschleunigung, die 9,8 Meter pro Sekunde pro Sekunde (m/s2) oder Netto pro Kilogramm (N/kg). Dies entspricht einfach dem „Gewicht“ des Objekts.
Bei geneigten Flächen nimmt die Stärke der Normalkraft ab, je stärker die Fläche geneigt ist, sodass die Formel lautet:
N=mg\cos{\theta}
Mitθsteht für den Winkel, zu dem die Oberfläche geneigt ist.
Betrachten Sie für eine einfache Beispielrechnung eine ebene Fläche mit einem 2 kg schweren Holzblock darauf. Die Normalkraft würde direkt nach oben zeigen (um das Gewicht des Blocks zu tragen) und Sie würden berechnen:
N=2\times 9,8 = 19,6\text{ N}
Der Koeffizient hängt vom Objekt und der spezifischen Situation ab, mit der Sie arbeiten. Wenn sich das Objekt nicht bereits über die Oberfläche bewegt, verwenden Sie den Haftreibungskoeffizientenμstatisch, aber wenn es sich bewegt, verwenden Sie den Gleitreibungskoeffizientenμrutschen.
Im Allgemeinen ist der Gleitreibungskoeffizient kleiner als der Haftreibungskoeffizient. Mit anderen Worten, es ist einfacher, etwas zu verschieben, das bereits gleitet, als etwas zu verschieben, das stillsteht.
Die Materialien, die Sie in Betracht ziehen, wirken sich auch auf den Koeffizienten aus. Wenn sich beispielsweise der Holzblock von früher auf einer Ziegeloberfläche befand, wäre der Koeffizient 0,6, aber für sauberes Holz kann er zwischen 0,25 und. liegen 0,5. Für Eis auf Eis beträgt der statische Koeffizient 0,1. Auch hier reduziert sich der Gleitkoeffizient noch weiter, auf 0,03 für Eis auf Eis und 0,2 für Holz auf Holz. Suchen Sie diese für Ihre Oberfläche mithilfe einer Online-Tabelle (siehe Ressourcen).
Die Formel für die Reibungskraft lautet:
F=\muN
Betrachten Sie als Beispiel einen Holzblock von 2 kg Masse auf einem Holztisch, der von stationär geschoben wird. In diesem Fall verwenden Sie den statischen Koeffizienten mitμstatisch = 0,25 bis 0,5 für Holz. Einnahmeμstatisch = 0,5, um den möglichen Reibungseffekt zu maximieren, und unter Berücksichtigung derNein = 19,6 N von früher, die Kraft ist:
F=0.5\times19.6 = 9.8\text{ N}
Denken Sie daran, dass Reibung nur Kraft erzeugt, um der Bewegung zu widerstehen. Wenn Sie also beginnen, sie sanft zu drücken und fester wird die Reibungskraft auf einen maximalen Wert ansteigen, den Sie gerade berechnet haben. Physiker schreiben manchmalFmax um diesen Punkt deutlich zu machen.
Sobald sich der Block bewegt, verwenden Sieμrutschen = 0,2, in diesem Fall:
F_{Rutsche}=\mu_{Rutsche} N=0,2\times 19,6 = 3,92\text{N}