Staatiline hõõrdumine on jõud, mis peab olemaületadaet midagi käima saaks. Näiteks võib keegi suruda statsionaarset eset nagu raske diivan, ilma et see liiguks. Kuid kui nad suruvad rohkem või võtavad tugeva sõbra abi, ületab see hõõrdejõu ja liigub.
Kui diivan on paigal, onstaatilise hõõrdejõud tasakaalustab tõukejõu rakendatud jõudu. Seetõttustaatilise hõõrdejõud suureneb lineaarselt rakendatud jõu toimides vastupidises suunas, kuni see saavutab maksimaalse väärtuse ja objekt lihtsalt hakkab liikuma. Pärast seda ei koge objekt enam staatilise hõõrdumise, vaid kineetilise hõõrdumise vastupanu.
Staatiline hõõrdumine on tavaliselt suurem hõõrdejõud kui kineetiline hõõrdumine - raskem on hakata diivanit mööda põrandat suruma, kui seda käimas hoida.
Staatilise hõõrdeteguri koefitsient
Staatiline hõõrdumine tuleneb objekti ja pinna molekulmõjudest. Seega tagavad erinevad pinnad erineva staatilise hõõrdumise.
Hõõrdetegur, mis kirjeldab seda staatilise hõõrdumise erinevust erinevate pindade jaoks, on
Staatilise hõõrdumise võrrand
Kus:
- Fs= staatilise hõõrdejõu njuutonites (N)
- μs = staatilise hõõrdetegur (ühikut pole)
- FN = normaalne jõud pindade vahel njuutonites (N)
Maksimaalne staatiline hõõrdumine saavutatakse siis, kui ebavõrdsusest saab võrdsus, kusjuures objekti liikuma hakates võtab üle teistsugune hõõrdejõud. (Kineetilise ehk libiseva hõõrdejõu jõul on sellega seotud erinev koefitsient, mida nimetatakse kineetilise hõõrdeteguriks ja mida tähistatakseμk .)
Näide arvutusest staatilise hõõrdumisega
Laps üritab 10 kg kaaluvat kummikasti horisontaalselt lükata mööda kummipõrandat. Staatiline hõõrdetegur on 1,16. Mis on maksimaalne jõud, mida laps saab kasutadailmakas kast üldse liigub?
[sisestage vaba kere diagramm, mis näitab paigutatud kasti rakendatud hõõrdumis-, gravitatsiooni- ja normaaljõude]
Kõigepealt pange tähele, et netojõud on 0 ja leidke karbile pinna normaalne jõud. Kuna kast ei liigu, peab see jõud olema suuruselt võrdne vastupidises suunas toimiva gravitatsioonijõuga. Tuletage see meeldeFg = mgkusFgon raskusjõud,mon objekti mass jagon gravitatsioonist tingitud kiirendus Maal.
Niisiis:
F_N = F_g = 10 \ korda 9,8 = 98 \ tekst {N}
Seejärel lahendage F jaokss ülaltoodud võrrandiga:
F_s = \ mu_s \ korda F_N = 1,16 korda 98 = 113,68 \ tekst {N}
See on maksimaalne staatiline hõõrdejõud, mis vastandub kasti liikumisele. Seetõttu on see ka maksimaalne jõud, mida laps saab rakendada ilma kasti liikumata.
Pange tähele, et seni, kuni laps rakendab jõuduväiksem kui staatilise hõõrdumise maksimaalne väärtus, kast ikka ei liigu!
Staatiline hõõrdumine kallutatud lennukitel
Staatiline hõõrdumine ei takista ainult rakendatud jõude. See hoiab esemeid libisemast mööda künkaid või muid kallutatud pindu, seistes vastu raskusjõule.
Nurga korral kehtib sama võrrand, kuid jõuvektorite horisontaalseks ja vertikaalseks komponendiks lahutamiseks on vaja trigonomeetriat.
Mõelgem 2-kilogrammisele raamatule, mis puhkab kaldtasandil 20 kraadi juures. Et raamat paigal püsiks,kaldetasandiga paralleelsed jõud peavad olema tasakaalus. Nagu diagramm näitab, on staatilise hõõrdejõud paralleelselt tasapinnaga ülespoole suunatud suunas; vastupidine allapoole suunatud jõud tuleneb raskusjõust - antud juhulainult gravitatsioonijõu horisontaalne komponenttasakaalustab staatilist hõõrdumist.
Joonistades raskusjõult täisnurkse kolmnurga, et selle komponendid laheneda, ja tehes a vähe geomeetriat, et leida, et selle kolmnurga nurk on võrdne tasapinna kaldenurgaga,gravitatsioonijõu horisontaalne komponent(tasapinnaga paralleelne komponent) on siis:
F_ {g, x} = mg \ sin {\ theta} = 2 korda 9,8 korda \ sin {20} = 6,7 tekst {N}
See peab olema võrdne staatilise hõõrdejõuga, mis raamatut paigal hoiab.
Teine selles analüüsis võimalik väärtus on staatilise hõõrdetegur. Normaalne jõud onristipinnale, millele raamat toetub. Nii et see jõud peab olematasakaalustatud vertikaalse komponendigaraskusjõu jõud:
F_ {g, y} = mg \ cos {\ theta} = 2 korda 9,8 korda \ cos {20} = 18,4 \ tekst {N}
Seejärel staatilise hõõrdumise võrrandi ümberkorraldamine:
\ mu_s = \ frac {F_s} {F_N} = \ frac {6.7} {18.4} = 0,364