Η τριβή ολίσθησης, πιο συχνά αναφέρεται ως κινητική τριβή, είναι μια δύναμη που αντιτίθεται στην κίνηση ολίσθησης δύο επιφανειών που κινούνται το ένα πάνω στο άλλο. Αντίθετα, η στατική τριβή είναι ένας τύπος δύναμης τριβής μεταξύ δύο επιφανειών που πιέζονται μεταξύ τους, αλλά δεν γλιστρούν σε σχέση μεταξύ τους. (Φανταστείτε να πιέζετε σε μια καρέκλα πριν αρχίσει να ολισθαίνει στο πάτωμα. Η δύναμη που ασκείτε πριν ξεκινήσει η ολίσθηση αντιτίθεται από στατική τριβή.)
Η τριβή ολίσθησης συνεπάγεται συνήθως λιγότερη αντίσταση από τη στατική τριβή, γι 'αυτό πρέπει συχνά να πιέζετε πιο σκληρά για να ξεκινήσετε την ολίσθηση ενός αντικειμένου από το να συνεχίσετε να γλιστρά. Το μέγεθος της δύναμης τριβής είναι ευθέως ανάλογο με το μέγεθος της κανονικής δύναμης. Θυμηθείτε ότι η κανονική δύναμη είναι η δύναμη κάθετη προς την επιφάνεια που εξουδετερώνει τυχόν άλλες δυνάμεις που ασκούνται προς αυτή την κατεύθυνση.
Η σταθερά της αναλογικότητας είναι μια μοναδιαία ποσότητα που ονομάζεται συντελεστής τριβής και ποικίλλει ανάλογα με τις επιφάνειες που έρχονται σε επαφή. (Οι τιμές για αυτόν τον συντελεστή εμφανίζονται συνήθως σε πίνακες.) Ο συντελεστής τριβής αντιπροσωπεύεται συνήθως από το ελληνικό γράμμα
F_f = \ mu_kF_N
ΟπουφάΝείναι το μέγεθος της κανονικής δύναμης, οι μονάδες είναι σε Newton (N) και η διεύθυνση αυτής της δύναμης είναι αντίθετη από την κατεύθυνση της κίνησης.
Ορισμός κυλιόμενης τριβής
Η αντίσταση κύλισης μερικές φορές αναφέρεται ως τριβή κύλισης, αν και δεν είναι ακριβώς μια δύναμη τριβής επειδή δεν είναι το αποτέλεσμα δύο επιφανειών σε επαφή που προσπαθούν να πιέσουν το ένα το άλλο. Είναι μια δύναμη αντίστασης που προκύπτει από την απώλεια ενέργειας λόγω παραμορφώσεων του αντικειμένου κύλισης και της επιφάνειας.
Όπως ακριβώς και με τις δυνάμεις τριβής, το μέγεθος της δύναμης αντίστασης κύλισης είναι άμεσα ανάλογο στο μέγεθος της κανονικής δύναμης, με σταθερά αναλογικότητας που εξαρτάται από τις επιφάνειες του Επικοινωνία. Ενώμρμερικές φορές χρησιμοποιείται για τον συντελεστή, είναι πιο συνηθισμένο να βλέπουμεντογρ, κάνοντας την εξίσωση για το μέγεθος αντίστασης κύλισης ως εξής:
F_r = C_ {rr} F_N
Αυτή η δύναμη δρα απέναντι από την κατεύθυνση της κίνησης.
Παραδείγματα συρόμενης τριβής και αντίστασης κύλισης
Ας εξετάσουμε ένα παράδειγμα τριβής που περιλαμβάνει ένα καλάθι δυναμικής που βρίσκεται σε μια τυπική τάξη φυσικής και συγκρίνουμε την επιτάχυνση με την οποία κινείται κάτω από ένα μεταλλικό κομμάτι κεκλιμένο στους 20 μοίρες για τρία διαφορετικά σενάρια:
Σενάριο 1:Δεν υπάρχουν δυνάμεις τριβής ή αντίστασης στο καροτσάκι καθώς κυλά ελεύθερα χωρίς να γλιστρήσει κάτω από την πίστα.
Πρώτα σχεδιάζουμε το διάγραμμα ελεύθερου σώματος. Η δύναμη βαρύτητας που δείχνει ευθεία προς τα κάτω και η κανονική δύναμη που δείχνει κάθετα προς την επιφάνεια είναι οι μόνες δυνάμεις που δρουν.
Οι εξισώσεις καθαρής δύναμης είναι:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Αμέσως μπορούμε να λύσουμε την πρώτη εξίσωση για επιτάχυνση και να συνδέσουμε τιμές για να λάβουμε την απάντηση:
F_g \ sin {\ theta} = ma \\ \ υπονοεί mg \ sin (\ theta) = ma \\ \ υποδηλώνει a = g \ sin (\ theta) = 9,8 \ sin (20) = \ boxed {3,35 \ text { μ / δ} ^ 2}
Σενάριο 2:Η αντίσταση κύλισης δρα στο καροτσάκι καθώς κυλά ελεύθερα χωρίς να γλιστρήσει κάτω από την πίστα.
Εδώ θα υποθέσουμε έναν συντελεστή αντίστασης κύλισης 0,0065, ο οποίος βασίζεται σε ένα παράδειγμα που βρίσκεται στο a χαρτί από την Αμερικανική Ναυτική Ακαδημία.
Τώρα το διάγραμμα ελεύθερου αμαξώματος περιλαμβάνει αντίσταση κύλισης που ενεργεί στο ίχνος. Οι καθαρές εξισώσεις δύναμης γίνονται:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_r = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Από τη δεύτερη εξίσωση, μπορούμε να λύσουμεφάΝ, συνδέστε το αποτέλεσμα στην έκφραση για τριβή στην πρώτη εξίσωση και επιλύστεένα:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ σημαίνει F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) -C_ {rr} F_N = F_g \ sin (\ theta) -C_ {rr} F_g \ cos (\ theta) = ma \\ \ σημαίνει \ ακύρωση mg \ sin (\ theta) -C_ {rr} \ ακύρωση mg \ cos (\ theta) = \ ακύρωση ma \\ \ σημαίνει a = g (\ sin (\ theta) -C_ {rr} \ cos (\ theta) ) = 9.8 (\ sin (20) -0.0065 \ cos (20)) \\ = \ boxed {3.29 \ κείμενο {m / s} ^ 2}
Σενάριο 3:Οι τροχοί του καροτσιού είναι κλειδωμένοι στη θέση τους και ολισθαίνει κάτω από την πίστα, εμποδίζοντας την κινητική τριβή.
Εδώ θα χρησιμοποιήσουμε έναν συντελεστή κινητικής τριβής 0,2, που βρίσκεται στο μέσο του εύρους τιμών που συνήθως αναφέρονται για πλαστικό σε μέταλλο.
Το διάγραμμα ελεύθερου αμαξώματος μοιάζει πολύ με το περίβλημα αντίστασης κύλισης, εκτός από το ότι είναι μια ολισθαίνουσα δύναμη τριβής που δρα στη ράμπα. Οι καθαρές εξισώσεις δύναμης γίνονται:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_k = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Και πάλι επιλύουμεέναμε παρόμοιο τρόπο:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ υπονοεί F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_N = F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_g \ cos (\ theta ) = ma \\ \ υπονοεί \ ακύρωση mg \ sin (\ theta) - \ mu_k \ ακύρωση mg \ cos (\ theta) = \ ακύρωση ma \\ \ σημαίνει a = g (\ sin (\ theta) - \ mu_k \ cos (\ theta)) = 9.8 ( \ sin (20) -0.2 \ cos (20)) \\ = \ boxed {1.51 \ κείμενο {m / s} ^ 2}
Σημειώστε ότι η επιτάχυνση με αντίσταση κύλισης είναι πολύ κοντά στην θήκη χωρίς τριβή, ενώ η ολισθαίνουσα θήκη τριβής είναι σημαντικά διαφορετική. Αυτός είναι ο λόγος που η αντίσταση κύλισης παραμελείται στις περισσότερες περιπτώσεις και γιατί ο τροχός ήταν μια λαμπρή εφεύρεση!