Die meisten Objekte sind nicht wirklich so glatt, wie Sie denken. Auf mikroskopischer Ebene sind selbst scheinbar glatte Oberflächen in Wirklichkeit eine Landschaft aus winzigen Hügeln und Tälern, zu klein wirklich zu sehen, macht aber einen großen Unterschied, wenn es um die Berechnung der Relativbewegung zwischen zwei Kontakten geht Oberflächen.
Diese winzigen Unvollkommenheiten in den Oberflächen greifen ineinander, wodurch die Reibungskraft entsteht, die in die entgegengesetzte Richtung zu jeder Bewegung und muss berechnet werden, um die Nettokraft auf das Objekt zu bestimmen.
Es gibt ein paar verschiedene Arten von Reibung, aberkinetische Reibungist auch bekannt alsGleitreibung, währendstatische Reibungbeeinflusst das ObjektVores beginnt sich zu bewegen undRollreibungbezieht sich speziell auf rollende Gegenstände wie Räder.
Lernen, was Gleitreibung bedeutet, wie man den passenden Reibungskoeffizienten findet und wie man Berechnen Sie es sagt Ihnen alles, was Sie wissen müssen, um physikalische Probleme mit der Kraft von. zu lösen Reibung.
Definition der kinetischen Reibung
Die einfachste Definition der kinetischen Reibung ist: der Bewegungswiderstand, der durch den Kontakt zwischen einer Oberfläche und dem sich dagegen bewegenden Objekt entsteht. Die Kraft der Gleitreibung wirkt aufablehnendie Bewegung des Objekts. Wenn Sie also etwas nach vorne schieben, drückt die Reibung es nach hinten.
Die kinetische Fiktionskraft wirkt nur auf ein sich bewegendes Objekt (daher „kinetisch“) und wird auch als Gleitreibung bezeichnet. Dies ist die Kraft, die der Gleitbewegung (Schieben einer Kiste über die Dielen) entgegenwirktReibungskoeffizientenfür diese und andere Reibungsarten (wie Rollreibung).
Die andere Hauptreibung zwischen Festkörpern ist die Haftreibung, und dies ist der Bewegungswiderstand, der durch die Reibung zwischen aimmer nochObjekt und Oberfläche. DasHaftreibungskoeffizientist im Allgemeinen größer als der Gleitreibungskoeffizient, was darauf hindeutet, dass die Reibungskraft bei bereits in Bewegung befindlichen Objekten geringer ist.
Gleichung für kinetische Reibung
Die Reibungskraft wird am besten mit einer Gleichung definiert. Die Reibungskraft hängt vom Reibungskoeffizienten für die betrachtete Reibungsart und der Größe der Normalkraft ab, die die Oberfläche auf das Objekt ausübt. Bei Gleitreibung ist die Reibungskraft gegeben durch:
F_k = μ_k F_n
WoFk ist die Kraft der Gleitreibung,μk ist der Gleitreibungskoeffizient (oder Gleitreibung) undFnein ist die Normalkraft, gleich dem Gewicht des Objekts, wenn das Problem eine horizontale Fläche betrifft und keine anderen vertikalen Kräfte wirken (d. h.Fnein = mg, woichist die Masse des Objekts undGist die Erdbeschleunigung). Da Reibung eine Kraft ist, ist die Einheit der Reibungskraft das Newton (N). Der Gleitreibungskoeffizient ist einheitslos.
Die Gleichung für die Haftreibung ist im Grunde die gleiche, außer dass der Gleitreibungskoeffizient durch den Haftreibungskoeffizienten ersetzt wird (μso). Dies ist wirklich am besten als Maximalwert anzusehen, da er bis zu einem bestimmten Punkt ansteigt. Wenn Sie dann mehr Kraft auf das Objekt ausüben, beginnt es sich zu bewegen:
F_s \leq μ_s F_n
Berechnungen mit kinetischer Reibung
Die Berechnung der Gleitreibungskraft ist auf einer horizontalen Fläche einfach, auf einer geneigten Fläche etwas schwieriger. Nehmen Sie zum Beispiel einen Glasblock mit einer Masse vonich= 2 kg, über eine waagerechte Glasfläche geschoben,𝜇k = 0,4. Sie können die kinetische Reibungskraft einfach mit der Beziehung. berechnenFnein = mgund merke dasG= 9,81 m/s2:
\begin{ausgerichtet} F_k &= μ_k F_n \\ &= μ_k mg \\ &= 0,4 × 2 \;\text{kg} × 9,81 \;\text{m/s}^2 \\ &= 7,85 \; \text{N} \end{ausgerichtet}
Stellen Sie sich nun die gleiche Situation vor, außer dass die Oberfläche um 20 Grad zur Horizontalen geneigt ist. Die Normalkraft ist abhängig von der Komponente desGewichtdes senkrecht zur Oberfläche gerichteten Objekts, die gegeben ist durchmgweil (θ), woθist der Neigungswinkel. Beachten Sie, dassmgSünde (θ) gibt an, wie die Schwerkraft es die Steigung hinunterzieht.
Mit dem Block in Bewegung ergibt dies:
\begin{ausgerichtet} F_k &= μ_k F_n \\ &= μ_k mg \; \cos (θ) \\ &= 0,4 × 2 \;\text{kg} × 9,81 \;\text{m/s}^2 × \cos (20°)\\ &= 7,37 \;\text{N } \end{ausgerichtet}
Sie können den Haftreibungskoeffizienten auch mit einem einfachen Experiment berechnen. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, einen 5 kg schweren Holzblock über Beton zu schieben oder zu ziehen. Wenn Sie die ausgeübte Kraft genau in dem Moment aufzeichnen, in dem sich die Kiste zu bewegen beginnt, können Sie die Haftreibungsgleichung neu ordnen, um den geeigneten Reibungskoeffizienten für Holz und Stein zu finden. Wenn eine Kraft von 30 N erforderlich ist, um den Block zu bewegen, ist das Maximum fürFso = 30 N, also:
F_s = μ_s F_n
Ordnet sich neu zu:
\begin{aligned} μ_s &= \frac{F_s}{F_n} \\ &= \frac{F_s}{mg} \\ &= \frac{30 \;\text{N}}{5 \;\text {kg}×9,81 \;\text{m/s}^2} \\ &= \frac{30 \;\text{N}}{49,05 \;\text{N}} \\ &= 0,61 \end {ausgerichtet}
Der Koeffizient liegt also bei etwa 0,61.