Suurin osa esineistä ei ole oikeastaan niin sileä kuin luulet. Mikroskooppisella tasolla jopa näennäisesti sileät pinnat ovat todella pieniä kukkuloita ja laaksoja, liian pieniä todella nähdä, mutta saada aikaan valtava ero kahden kosketuksen välisen suhteellisen liikkeen laskemisessa pinnoille.
Nämä pintojen pienet epätasaisuudet lukkiutuvat toisiinsa ja aiheuttavat kitkavoiman, joka vaikuttaa sisään vastakkaiseen suuntaan kuin mikä tahansa liike, ja se on laskettava esineeseen kohdistuvan nettovoiman määrittämiseksi.
On olemassa muutamia erilaisia kitkaa, muttakineettinen kitkatunnetaan muuten nimelläliukuva kitka, sillä aikaastaattinen kitkavaikuttaa esineeseenennense alkaa liikkua jaliikkuva kitkakoskee erityisesti liikkuvia esineitä, kuten pyöriä.
Opi, mitä kineettinen kitka tarkoittaa, miten löytää sopiva kitkakerroin ja miten Laske se kertoo kaiken, mitä sinun tarvitsee tietää voidellessasi fysiikan ongelmia kitka.
Määritelmä kineettinen kitka
Selkein kineettisen kitkan määritelmä on: liikkeen kestävyys, joka aiheutuu pinnan ja sitä vasten liikkuvan kohteen välisestä kosketuksesta. Kineettisen kitkan voima vaikuttaa
vastustaakohteen liike, joten jos työnnät jotain eteenpäin, kitka työntää sitä taaksepäin.Kineettinen fiktiovoima koskee vain liikkuvaa esinettä (siis "kineettistä") ja tunnetaan muuten liukuvana kitkana. Tämä on voima, joka vastustaa liukuvaa liikettä (laatikon työntäminen lattialautojen yli), ja niitä on erityisiäkitkakertoimettälle ja muulle kitkalle (kuten vierintäkitka).
Toinen tärkeä kiintoaineiden tyyppi kiintoaineissa on staattinen kitka, ja tämä on liikkeen kestävyys, jonka aiheuttaaedelleenesine ja pinta.staattisen kitkan kerroinon yleensä suurempi kuin kineettisen kitkan kerroin, mikä osoittaa, että kitkavoima on heikompi jo liikkeessä oleville esineille.
Kineettisen kitkan yhtälö
Kitkavoima määritetään parhaiten yhtälön avulla. Kitkavoima riippuu tarkasteltavan kitkatyypin kitkakertoimesta ja normaalin voiman suuruudesta, jonka pinta kohdistaa esineeseen. Liukuvaan kitkaan kitkavoima saadaan:
F_k = μ_k F_n
MissäFk on kineettisen kitkan voima,μk on liukukitkan (tai kineettisen kitkan) kerroin jaFn on normaali voima, joka on yhtä suuri kuin kohteen paino, jos ongelmaan liittyy vaakasuora pinta eikä muita pystysuuntaisia voimia toimi (ts.Fn = mg, missämon kohteen massa jagon painovoiman aiheuttama kiihtyvyys). Koska kitka on voima, kitkavoiman yksikkö on newton (N). Kineettisen kitkan kerroin on yksikön.
Staattisen kitkan yhtälö on periaatteessa sama, paitsi että liukuva kitkakerroin korvataan staattisella kitkakertoimella (μs). Tätä pidetään parhaiten maksimiarvona, koska se nousee tiettyyn pisteeseen, ja sitten, jos kohdistat enemmän voimaa esineeseen, se alkaa liikkua:
F_s \ leq μ_s F_n
Laskelmat kineettisellä kitkalla
Kineettisen kitkavoiman selvittäminen on suoraviivaista vaakasuoralla pinnalla, mutta hieman vaikeampaa kaltevalla pinnalla. Ota esimerkiksi lasilohko, jonka massa onm= 2 kg, työnnetään vaakasuoran lasipinnan yli,𝜇k = 0,4. Kineettisen kitkavoiman voi laskea helposti relaation avullaFn = mgja panen sen merkilleg= 9,81 m / s2:
\ aloita {tasattu} F_k & = μ_k F_n \\ & = μ_k mg \\ & = 0,4 × 2 \; \ teksti {kg} × 9,81 \; \ teksti {m / s} ^ 2 \\ & = 7,85 \; \ text {N} \ end {kohdistettu}
Kuvittele nyt sama tilanne, paitsi että pinta on kalteva 20 astetta vaakatasoon nähden. Normaali voima riippuu komponentinpainoKohteesta, joka on kohtisuorassa pintaan nähden, jonka antaamgcos (θ), missäθon kaltevuuden kulma. Ota huomioon, ettämgsynti (θ) kertoo painovoiman, joka vetää sen alas kaltevuuteen.
Kun lohko on liikkeessä, tämä antaa:
\ aloita {kohdistettu} 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 {kohdistettu}
Voit myös laskea staattisen kitkan kerroin yksinkertaisella kokeella. Kuvittele, että yrität alkaa työntää tai vetää 5 kg: n puupalaa betonin yli. Jos tallennat kohdistetun voiman tarkalleen sillä hetkellä, kun laatikko alkaa liikkua, voit järjestää staattisen kitkayhtälön uudelleen sopivan kitkakertoimen löytämiseksi puulle ja kivelle. Jos lohkon siirtäminen vaatii 30 N voimaa, niin suurin sallittu arvoFs = 30 N, joten:
F_s = μ_s F_n
Järjestää uudelleen:
\ aloita {tasattu} 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 {tasattu}
Joten kerroin on noin 0,61.