Wie man die Reibungskraft ermittelt, ohne den Reibungskoeffizienten zu kennen

Die meisten Menschen verstehen Reibung auf intuitive Weise. Wenn Sie versuchen, ein Objekt entlang einer Oberfläche zu schieben, widersteht der Kontakt zwischen dem Objekt und der Oberfläche Ihrem Hochdrücken bis zu einer bestimmten Druckstärke. Die mathematische Berechnung der Reibungskraft beinhaltet normalerweise den „Reibungskoeffizienten“, der beschreibt, wie viel die beiden spezifische Materialien „kleben zusammen“, um Bewegungen zu widerstehen, und etwas, das als „Normalkraft“ bezeichnet wird, die sich auf die Masse des Objekt. Aber wenn Sie den Reibungskoeffizienten nicht kennen, wie berechnen Sie dann die Kraft? Sie können dies entweder erreichen, indem Sie ein Standardergebnis online nachschlagen oder ein kleines Experiment durchführen.

Verwenden Sie das betreffende Objekt und einen kleinen Abschnitt der Oberfläche, den Sie frei bewegen können, um eine geneigte Rampe einzurichten. Wenn Sie nicht die gesamte Oberfläche oder das gesamte Objekt verwenden können, verwenden Sie einfach ein Stück etwas aus dem gleichen Material. Wenn Sie beispielsweise einen Fliesenboden als Oberfläche haben, können Sie eine einzelne Fliese verwenden, um die Rampe zu erstellen. Wenn Sie einen Holzschrank als Objekt haben, verwenden Sie ein anderes, kleineres Objekt aus Holz (idealerweise mit ähnlicher Oberfläche auf dem Holz). Je näher Sie der realen Situation kommen, desto genauer wird Ihre Berechnung.

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Stellen Sie sicher, dass Sie die Neigung der Rampe anpassen können, indem Sie eine Reihe von Büchern oder ähnlichem stapeln, damit Sie kleine Anpassungen an die maximale Höhe vornehmen können.

Je stärker die Oberfläche geneigt ist, desto mehr wirkt die Schwerkraft, um sie die Rampe herunterzuziehen. Dem wirkt die Reibungskraft entgegen, die jedoch irgendwann von der Schwerkraft überwunden wird. Daraus ergibt sich die maximale Reibungskraft für diese Materialien, und Physiker beschreiben dies durch den Haftreibungskoeffizienten (μstatisch). Das Experiment ermöglicht es Ihnen, den Wert dafür zu finden.

Platzieren Sie das Objekt in einem flachen Winkel auf der Oberfläche, damit es nicht die Rampe herunterrutscht. Erhöhen Sie die Neigung der Rampe allmählich, indem Sie Ihrem Stapel Bücher oder andere dünne Gegenstände hinzufügen, und finden Sie die steilste Neigung, die Sie halten können, ohne dass sich das Objekt bewegt. Sie werden Schwierigkeiten haben, eine vollständig genaue Antwort zu erhalten, aber Ihre beste Schätzung wird dem wahren Wert für die Berechnung nahe genug sein. Messen Sie die Höhe der Rampe und die Länge des Rampenfußes in dieser Neigung. Sie behandeln die Rampe im Wesentlichen als ein rechtwinkliges Dreieck mit dem Boden und messen die Länge und Höhe des Dreiecks.

Die Mathematik für die Situation funktioniert gut, und es stellt sich heraus, dass der Tangens des Neigungswinkels Ihnen den Wert des Koeffizienten angibt. So:

Oder, weil tan = gegenüber / angrenzend = Länge der Basis / Höhe, berechnen Sie:

Bei dem die "Nein” steht für die Normalkraft. Bei einer ebenen Fläche entspricht dieser Wert dem Gewicht des Objekts, sodass Sie Folgendes verwenden können:

Holz auf einer Steinoberfläche hat beispielsweise einen Reibungskoeffizienten vonμstatisch = 0,3, also mit diesem Wert für einen 10 kg (kg) Holzschrank auf einer Steinoberfläche:

Suchen Sie online nach dem Reibungskoeffizienten zwischen Ihren beiden Substanzen. Zum Beispiel hat ein Autoreifen auf Asphalt einen Koeffizienten vonμstatisch = 0,72, Eis auf Holz hatμstatisch = 0,05 und Holz auf Ziegel hatμstatisch = 0,6. Ermitteln Sie den Wert für Ihre Situation (einschließlich des Gleitkoeffizienten, wenn Sie die Reibung nicht aus dem Stand berechnen) und notieren Sie ihn.

Ist dies nicht der Fall, ist die Normalkraft schwächer. Bestimmen Sie in diesem Fall den Neigungswinkelθ, und berechnen:

Verwenden Sie zum Beispiel einen 1 kg Eisblock auf Holz, der um 30° geneigt ist, und denken Sie daranG= 9,8 m / s2, das gibt:

F=\cos{\theta}\mu_{statisch} mg=\cos{30}\times 0,05 \times 1 \times 9,8 = 0,424\text{ N}

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