Liukukitka, jota kutsutaan yleisemmin kineettiseksi kitaksi, on voima, joka vastustaa kahden toistensa ohi liikkuvan pinnan liukuvaa liikettä. Staattinen kitka on sitä vastoin eräänlainen kitkavoima kahden pinnan välillä, jotka työntävät toisiaan vasten, mutta eivät liu'u suhteessa toisiinsa. (Kuvittele, että työnnät tuolia, ennen kuin se alkaa liukua lattian yli. Staattinen kitka vastustaa voimaa, jonka käytät ennen liukumisen alkamista.)
Liukukitkalla on tyypillisesti vähemmän vastusta kuin staattisella kitkalla, minkä vuoksi sinun on usein painettava voimakkaammin saadaksesi esine liukumaan kuin pitämään sitä liukumassa. Kitkavoiman suuruus on suoraan verrannollinen normaalivoiman suuruuteen. Muistakaa, että normaali voima on pintaan kohtisuorassa oleva voima, joka vastustaa kaikkia muita siihen suuntaan kohdistuvia voimia.
Suhteellisuusvakio on yksikköön kuulumaton määrä, jota kutsutaan kitkakertoimeksi, ja se vaihtelee kosketuksessa olevien pintojen mukaan. (Tämän kertoimen arvot etsitään tyypillisesti taulukoista.) Kitkakerrointa edustaa yleensä kreikkalainen kirjain
μalaindeksilläkosoittaa kineettisen kitkan. Kitkavoiman kaava saadaan:F_f = \ mu_kF_N
MissäFNon normaalivoiman suuruus, yksiköt ovat newtoneina (N) ja tämän voiman suunta on vastakkainen liikesuuntaan.
Liikkuvan kitkan määritelmä
Vierintävastusta kutsutaan joskus vierintäkitkaksi, vaikka se ei olekaan kitkavoima, koska se ei johdu kahdesta kosketuksessa olevasta pinnasta, jotka yrittävät työntää toisiaan vastaan. Se on resistiivinen voima, joka johtuu liikkuvan kohteen ja pinnan muodonmuutoksista johtuvasta energiahäviöstä.
Aivan kuten kitkavoimien kohdalla, vierintävastuksen voiman suuruus on kuitenkin suoraan verrannollinen normaalin voiman suuruuteen suhteellisen vakion mukaan, joka riippuu sisään tulevista pinnoista ottaa yhteyttä. Sillä aikaaμrjoskus käytetään kertoimeksi, se on yleisempää nähdäCrr, jolloin vierintävastuksen suuruuden yhtälö on seuraava:
F_r = C_ {rr} F_N
Tämä voima toimii vastakkaiseen suuntaan.
Esimerkkejä liukuvasta kitkasta ja vierintävastuksesta
Tarkastellaan kitkaesimerkkiä, johon liittyy tyypillisestä fysiikan luokkahuoneesta löytyvä dynamiikkakärry, ja verrataan sitä kiihtyvyys, jolla se kulkee 20 astetta kaltevaa metalliradaa pitkin kolmelle eri skenaariot:
Skenaario 1:Vaunuun ei liiku kitkaa tai resistiivisiä voimia, kun se liikkuu vapaasti liukumasta radaa pitkin.
Ensin piirretään vapaan rungon kaavio. Suoraan alaspäin osoittava painovoima ja pintaan kohtisuoraan osoittava normaali voima ovat ainoat vaikuttavat voimat.
Nettovoiman yhtälöt ovat:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Voit heti ratkaista ensimmäisen kiihtyvyysyhtälön ja liittää arvot vastauksen saamiseksi:
F_g \ sin {\ theta} = ma \\ \ merkitsee mg \ sin (\ theta) = ma \\ \ merkitsee a = g \ sin (\ theta) = 9.8 \ sin (20) = \ boxed {3.35 \ text { m / s} ^ 2}
Skenaario 2:Vierintävastus vaikuttaa vaunuun, kun se liikkuu vapaasti liukumasta radaa pitkin.
Oletetaan tässä vierintävastuskerroin 0,0065, joka perustuu esimerkkiin a paperi Yhdysvaltain merivoimien akatemiasta.
Nyt vapaan rungon kaavio sisältää vierintävastuksen, joka vaikuttaa radalla. Nettovoiman yhtälöistämme tulee:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_r = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Toisesta yhtälöstä voimme ratkaistaFN, kytke tulos ensimmäisen yhtälön kitkalausekkeeseen ja ratkaisea:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ tarkoittaa 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 \\ \ tarkoittaa \ peruuta mg \ sin (\ theta) -C_ {rr} \ peruuta mg \ cos (\ theta) = \ peruuta ma \\ \ merkitsee a = g (\ sin (\ theta) -C_ {rr} \ cos (\ theta) ) = 9,8 (\ sin (20) -0,0065 \ cos (20)) \\ = \ laatikko {3,29 \ text {m / s} ^ 2}
Skenaario 3:Vaunun pyörät ovat lukittu paikoilleen ja se liukuu radalla kineettisen kitkan esteenä.
Tässä käytämme kineettisen kitkan kerrointa 0,2, joka on keskellä arvoa, joka tyypillisesti luetellaan muoville metallilla.
Vapaarunkokaavio näyttää hyvin samanlaiselta kuin vierintävastustapa, paitsi että se on liukuva kitkavoima, joka vaikuttaa ramppiin. Nettovoiman yhtälöistämme tulee:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_k = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Ja jälleen ratkaisemmeasamalla tavalla:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ tarkoittaa F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_N = F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_g \ cos (\ theta ) = ma \\ \ tarkoittaa \ peruuta mg \ sin (\ theta) - \ mu_k \ peruuta mg \ cos (\ theta) = \ peruuta ma \\ \ merkitsee a = g (\ sin (\ theta) - \ mu_k \ cos (\ theta)) = 9,8 ( \ sin (20) -0,2 \ cos (20)) \\ = \ laatikko {1.51 \ text {m / s} ^ 2}
Huomaa, että kiihtyvyys vierintävastuksella on hyvin lähellä kitkatonta koteloa, kun taas liukuva kitkatapaus on merkittävästi erilainen. Siksi vierintävastus jätetään huomiotta useimmissa tilanteissa ja miksi pyörä oli loistava keksintö!