Pinnoissa on kitkavoima, joka vastustaa liukuvia liikkeitä, ja sinun on laskettava tämän voiman koko osana monia fysiikan ongelmia. Kitkan määrä riippuu lähinnä "normaalivoimasta", jota pinnat kohdistavat niiden päällä oleviin esineisiin, samoin kuin tarkasteltavan pinnan ominaisuuksiin. Useimpiin tarkoituksiin voit käyttää kaavaa:
laskea kitka, kanssaN"normaalin" voiman ja "μ”Sisältäen pinnan ominaisuudet.
Kitka kuvaa kahden pinnan välistä voimaa, kun yrität liikkua toistensa yli. Voima vastustaa liikettä, ja useimmissa tapauksissa voima toimii vastakkaiseen suuntaan kuin liike. Alhaalla molekyylitasolla, kun painat kahta pintaa yhteen, pieniä puutteita kussakin pinta voi lukittua toisiinsa, ja yhden materiaalin ja toinen. Nämä tekijät vaikeuttavat niiden siirtämistä toistensa ohitse. Et kuitenkaan toimi tällä tasolla, kun lasket kitkavoiman. Arjen tilanteissa fyysikot ryhmitelevät kaikki nämä tekijät "kertoimeksi"μ.
”Normaali” voima kuvaa voimaa, jolla kohteen pinta, jolla esine lepää (tai johon se painetaan) kohdistuu esineeseen. Tasaisella pinnalla olevan liikkumattomien esineiden kohdalla voiman on oltava tarkalleen vastakkainen painovoimasta johtuvalle voimalle, muuten esine liikkuu Newtonin liikesääntöjen mukaisesti. "Normaali" voima (
N) on tämän voiman nimi.Se toimii aina kohtisuorassa pintaa vastaan. Tämä tarkoittaa, että kaltevalle pinnalle normaali voima osoittaisi edelleen suoraan poispäin pinnasta, kun taas painovoima osoittaisi suoraan alaspäin.
Normaalivoima voidaan yksinkertaisesti kuvata useimmissa tapauksissa seuraavasti:
N = mg
Tässä,medustaa kohteen massaa jagtarkoittaa painovoimasta johtuvaa kiihtyvyyttä, joka on 9,8 metriä sekunnissa sekunnissa (m / s2) tai nettotonnit kilogrammaa kohden (N / kg). Tämä yksinkertaisesti vastaa kohteen "painoa".
Kalteville pinnoille normaalivoiman voimakkuus pienenee, sitä enemmän pinta kallistuu, joten kaavasta tulee:
N = mg \ cos {\ theta}
Kanssaθseisoo kulmassa, johon pinta on kalteva.
Harkitse yksinkertainen esimerkkilaskelma tasaiselle pinnalle, jossa on 2 kg: n puupalikka. Normaali voima osoittaisi suoraan ylöspäin (lohkon painon tukemiseksi), ja laskisit:
N = 2 \ kertaa 9,8 = 19,6 \ teksti {N}
Kerroin riippuu kohteesta ja tilanteesta, jonka kanssa työskentelet. Jos esine ei jo liiku pinnan poikki, käytä staattisen kitkan kerrointaμstaattinen, mutta jos se liikkuu, käytetään liukukitkakerrointaμdia.
Liukukitkakerroin on yleensä pienempi kuin staattisen kitkakerroin. Toisin sanoen on helpompaa liu'uttaa jotain jo liukuvaa kuin liu'uttaa jotain, joka on edelleen.
Harkitsemasi materiaalit vaikuttavat myös kertoimeen. Esimerkiksi jos aikaisempi puupalikka oli tiilipinnalla, kerroin olisi 0,6, mutta puhtaalle puulle se voi olla välillä 0,25 - 0.5. Jäällä jäällä staattinen kerroin on 0,1. Jälleen liukukerroin pienentää tätä vielä enemmän: arvoon 0,03 jäällä jäällä ja 0,2 puulle puu. Etsi nämä pinnallesi online-taulukon avulla (katso Resurssit).
Kitkavoiman kaava kertoo:
F = \ mu N
Tarkastellaan esimerkiksi puupöydällä 2 kg painavaa puupalaa, joka työnnetään paikallaan. Tässä tapauksessa käytetään staattista kerrointa, kanssaμstaattinen = 0,25 - 0,5 puulle. Ottaaμstaattinen = 0,5 kitkan mahdollisen vaikutuksen maksimoimiseksi ja muistamallaN = 19,6 N aikaisemmasta, voima on:
F = 0,5 \ kertaa19,6 = 9,8 \ teksti {N}
Muista, että kitka antaa vain voimaa vastustaa liikettä, joten jos aloitat työntöä varovasti ja saat kiinteämpi, kitkavoima kasvaa maksimiarvoon, minkä olet juuri laskenut. Fyysikot kirjoittavat joskusFenint tehdä tämä asia selväksi.
Kun lohko liikkuu, käytätμdia = 0,2, tässä tapauksessa:
F_ {dia} = \ mu_ {dia} N = 0,2 \ kertaa 19,6 = 3,92 \ teksti {N}