Τα περισσότερα αντικείμενα δεν είναι πραγματικά τόσο ομαλά όσο νομίζετε. Σε μικροσκοπικό επίπεδο, ακόμη και οι φαινομενικά λείες επιφάνειες είναι πραγματικά ένα τοπίο με μικροσκοπικούς λόφους και κοιλάδες, πολύ μικρές να δούμε πραγματικά, αλλά να κάνουμε μια τεράστια διαφορά όσον αφορά τον υπολογισμό της σχετικής κίνησης μεταξύ δύο επαφών επιφάνειες.
Αυτές οι μικροσκοπικές ατέλειες στις επιφάνειες αλληλοσυνδέονται, δημιουργώντας τη δύναμη τριβής, η οποία δρα την αντίθετη κατεύθυνση σε οποιαδήποτε κίνηση και πρέπει να υπολογιστεί για να προσδιοριστεί η καθαρή δύναμη στο αντικείμενο.
Υπάρχουν μερικοί διαφορετικοί τύποι τριβής, αλλάκινητική τριβήαλλιώς είναι γνωστό ωςσυρόμενη τριβή, ενώστατική τριβήεπηρεάζει το αντικείμενοπριναρχίζει να κινείται καικυλιόμενη τριβήσχετίζεται ειδικά με αντικείμενα κύλισης όπως τροχοί.
Μαθαίνοντας τι σημαίνει κινητική τριβή, πώς να βρούμε τον κατάλληλο συντελεστή τριβής και πώς να Υπολογίστε ότι σας λέει όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για να αντιμετωπίσετε προβλήματα φυσικής που περιλαμβάνουν τη δύναμη του τριβή.
Ορισμός της κινητικής τριβής
Ο πιο απλός ορισμός κινητικής τριβής είναι: η αντίσταση στην κίνηση που προκαλείται από την επαφή μεταξύ μιας επιφάνειας και του αντικειμένου που κινείται εναντίον της. Η δύναμη της κινητικής τριβής δραεναντιώνομαιτην κίνηση του αντικειμένου, οπότε αν σπρώξετε κάτι προς τα εμπρός, η τριβή το ωθεί προς τα πίσω.
Η δύναμη κινητικής φαντασίας ισχύει μόνο για ένα αντικείμενο που κινείται (εξ ου και «κινητικό») και είναι γνωστό ως τριβή ολίσθησης. Αυτή είναι η δύναμη που αντιτίθεται στην ολισθαίνουσα κίνηση (σπρώχνοντας ένα κουτί σε σανίδες δαπέδου), και υπάρχουν συγκεκριμένεςσυντελεστές τριβήςγια αυτό και άλλους τύπους τριβής (όπως τριβή κύλισης).
Ο άλλος σημαντικός τύπος τριβής μεταξύ στερεών είναι η στατική τριβή και αυτή είναι η αντίσταση στην κίνηση που προκαλείται από την τριβή μεταξύακόμηαντικείμενο και μια επιφάνεια. οσυντελεστής στατικής τριβήςείναι γενικά μεγαλύτερος από τον συντελεστή κινητικής τριβής, υποδηλώνοντας ότι η δύναμη τριβής είναι ασθενέστερη για αντικείμενα που βρίσκονται ήδη σε κίνηση.
Εξίσωση για κινητική τριβή
Η δύναμη τριβής ορίζεται καλύτερα χρησιμοποιώντας μια εξίσωση. Η δύναμη τριβής εξαρτάται από τον συντελεστή τριβής για τον υπό εξέταση τύπο τριβής και το μέγεθος της κανονικής δύναμης που ασκεί η επιφάνεια στο αντικείμενο. Για τριβή ολίσθησης, η δύναμη τριβής δίνεται από:
F_k = μ_k F_n
Οπουφάκ είναι η δύναμη της κινητικής τριβής,μκ είναι ο συντελεστής τριβής ολίσθησης (ή κινητική τριβή) καιφάν είναι η κανονική δύναμη, ίση με το βάρος του αντικειμένου, εάν το πρόβλημα αφορά οριζόντια επιφάνεια και καμία άλλη κατακόρυφη δύναμη δεν ενεργεί (δηλαδή,φάν = mg, όπουΜείναι η μάζα του αντικειμένου καισολείναι η επιτάχυνση λόγω βαρύτητας). Δεδομένου ότι η τριβή είναι μια δύναμη, η μονάδα της τριβής είναι η Νεύτωνα (Ν). Ο συντελεστής κινητικής τριβής είναι χωρίς μονάδα.
Η εξίσωση για στατική τριβή είναι βασικά η ίδια, εκτός από το συντελεστή τριβής ολίσθησης αντικαθίσταται από το συντελεστή στατικής τριβής (μμικρό). Αυτή είναι η καλύτερη ιδέα ως μέγιστη τιμή επειδή αυξάνεται σε ένα συγκεκριμένο σημείο και, στη συνέχεια, εάν εφαρμόσετε περισσότερη δύναμη στο αντικείμενο, θα αρχίσει να κινείται:
F_s \ leq μ_s F_n
Υπολογισμοί με κινητική τριβή
Η άσκηση της κινητικής δύναμης τριβής είναι απλή σε οριζόντια επιφάνεια, αλλά λίγο πιο δύσκολη σε κεκλιμένη επιφάνεια. Για παράδειγμα, πάρτε ένα γυάλινο μπλοκ με μάζαΜ= 2 κιλά, ωθώντας σε μια οριζόντια γυάλινη επιφάνεια,𝜇κ = 0,4. Μπορείτε να υπολογίσετε εύκολα την κινητική δύναμη τριβής χρησιμοποιώντας τη σχέσηφάν = mgκαι σημειώνοντας αυτόσολ= 9,81 m / s2:
\ start {aligned} F_k & = μ_k F_n \\ & = μ_k mg \\ & = 0,4 × 2 \; \ κείμενο {kg} × 9,81 \; \ κείμενο {m / s} ^ 2 \\ & = 7,85 \; \ κείμενο {N} \ τέλος {στοίχιση}
Τώρα φανταστείτε την ίδια κατάσταση, εκτός του ότι η επιφάνεια έχει κλίση 20 μοίρες προς την οριζόντια. Η κανονική δύναμη εξαρτάται από το συστατικό τουβάροςτου αντικειμένου που κατευθύνεται κάθετα προς την επιφάνεια, το οποίο δίνεται απόmgcos (θ), όπουθείναι η γωνία της κλίσης. Σημειώστε ότιmgαμαρτία (θ) σας λέει τη δύναμη της βαρύτητας τραβώντας την προς τα κάτω.
Με το μπλοκ σε κίνηση, αυτό δίνει:
\ start {aligned} F_k & = μ_k F_n \\ & = μ_k mg \; \ cos (θ) \\ & = 0,4 × 2 \; \ κείμενο {kg} × 9,81 \; \ κείμενο {m / s} ^ 2 × \ cos (20 °) \\ & = 7,37 \; \ κείμενο {Ν } \ τέλος {στοίχιση}
Μπορείτε επίσης να υπολογίσετε τον συντελεστή στατικής τριβής με ένα απλό πείραμα. Φανταστείτε ότι προσπαθείτε να αρχίσετε να πιέζετε ή να τραβάτε ένα μπλοκ ξύλου 5 κιλών σε μπετόν. Εάν καταγράψετε την εφαρμοζόμενη δύναμη την ακριβή στιγμή που το κουτί αρχίζει να κινείται, μπορείτε να τακτοποιήσετε ξανά την εξίσωση στατικής τριβής για να βρείτε τον κατάλληλο συντελεστή τριβής για ξύλο και πέτρα. Εάν χρειάζεται 30 N δύναμης για να μετακινήσετε το μπλοκ, τότε το μέγιστοφάμικρό = 30 N, έτσι:
F_s = μ_s F_n
Επαναπροσδιορίζει τα εξής:
\ begin {aligned} μ_s & = \ frac {F_s} {F_n} \\ & = \ frac {F_s} {mg} \\ & = \ frac {30 \; \ κείμενο {N}} {5 \; \ κείμενο {kg} × 9,81 \; \ κείμενο {m / s} ^ 2} \\ & = \ frac {30 \; \ κείμενο {N}} {49.05 \; \ κείμενο {N}} \\ & = 0.61 \ τέλος {ευθυγραμμισμένος}
Έτσι ο συντελεστής είναι περίπου 0,61.
