Staattinen kitka on voima, jonka täytyy ollavoittaajotta jotain pääsee liikkeelle. Esimerkiksi joku voi työntää paikallaan olevaa esinettä, kuten raskasta sohvaa, liikuttamatta sitä. Mutta jos he painostavat voimakkaammin tai käyttävät vahvan ystävän apua, se voittaa kitkavoiman ja liikkuu.
Sohvan ollessa paikallaan,staattisen kitkan voima tasapainottaa työntövoimaa. Siksi,staattisen kitkan voima kasvaa lineaarisesti, kun käytetty voima vaikuttaa vastakkaiseen suuntaan, kunnes se saavuttaa enimmäisarvon ja objekti vain alkaa liikkua. Sen jälkeen esine ei enää tunne staattista kitkaa, vaan kineettistä kitkaa.
Staattinen kitka on yleensä suurempi kitkavoima kuin kineettinen kitka - sohvan työntäminen lattiaa pitkin on vaikeampi aloittaa kuin pitää sitä yllä.
Staattisen kitkan kerroin
Staattinen kitka syntyy objektin ja sen pinnan välisestä molekyylivuorovaikutuksesta. Eri pinnat tuottavat siis erilaisia määriä staattista kitkaa.
Kitkakerroin, joka kuvaa tätä eroa staattisessa kitkassa eri pinnoille, on
μs.Se löytyy taulukosta, kuten tähän artikkeliin linkitetystä tai kokeellisesti lasketusta taulukosta.Staattisen kitkan yhtälö
Missä:
- Fs= staattisen kitkan voima newtoneina (N)
- μs = staattisen kitkan kerroin (ei yksiköitä)
- FN = normaali voima pintojen välillä newtoneina (N)
Suurin staattinen kitka saavutetaan, kun epätasa-arvosta tulee tasa-arvo, jolloin erilainen kitkavoima saa vallan kohteen liikkuessa. (Kineettisen eli liukuvan kitkan voimalla liittyy siihen erilainen kerroin, jota kutsutaan kineettisen kitkan kertoimeksi ja jotaμk .)
Esimerkki staattisen kitkan laskemisesta
Lapsi yrittää työntää 10 kg: n kumilaatikkoa vaakasuoraan kumilattiaa pitkin. Staattinen kitkakerroin on 1,16. Mikä on suurin voima, jota lapsi voi käyttääilmanlaatikko liikkuu ollenkaan?
[lisää vapaa runkokaavio, joka näyttää liikkumattomaan ruutuun kohdistetut, kitka-, gravitaatio- ja normaalivoimat]
Ensin huomaa, että nettovoima on 0 ja etsi laatikon pinnan normaali voima. Koska laatikko ei liiku, tämän voiman on oltava suuruudeltaan yhtä suuri kuin vastakkaiseen suuntaan vaikuttava painovoima. Muista tuoFg = mgmissäFgon painovoima,mon kohteen massa jagon maan painovoiman aiheuttama kiihtyvyys.
Niin:
F_N = F_g = 10 \ kertaa 9,8 = 98 \ teksti {N}
Ratkaise sitten F: lles yllä olevalla yhtälöllä:
F_s = \ mu_s \ kertaa F_N = 1.16 \ kertaa 98 = 113.68 \ text {N}
Tämä on suurin staattinen kitkavoima, joka vastustaa laatikon liikettä. Siksi se on myös suurin voima, jonka lapsi voi kohdistaa ilman laatikkoa liikkumasta.
Huomaa, että niin kauan kuin lapsi käyttää voimaapienempi kuin staattisen kitkan enimmäisarvo, laatikko ei silti liiku!
Staattinen kitka kaltevilla tasoilla
Staattinen kitka ei vain vastustaa käytettyjä voimia. Se estää esineitä liukumasta kukkuloita tai muita kallistuneita pintoja vasten painovoiman vetoa.
Kulmassa sama yhtälö pätee, mutta trigonometriaa tarvitaan voimavektorien erottamiseksi vaaka- ja pystykomponenteiksi.
Harkitse 2 kg: n kirjaa, joka lepää kaltevalla tasolla 20 astetta. Jotta kirja pysyisi paikallaan,kaltevan tason kanssa samansuuntaisten voimien on oltava tasapainossa. Kuten kaavio osoittaa, staattisen kitkan voima on yhdensuuntainen tason kanssa ylöspäin; vastakkainen alaspäin suuntautuva voima johtuu painovoimasta - tässä tapauksessavain painovoiman vaakakomponenttitasapainottaa staattista kitkaa.
Piirtämällä suorakulmio painovoimasta sen komponenttien ratkaisemiseksi ja tekemällä a vähän geometriaa sen havaitsemiseksi, että kulma tässä kolmiossa on yhtä suuri kuin tason kaltevuuskulma,painovoiman horisontaalinen komponentti(komponentti, joka on yhdensuuntainen tason kanssa) on tällöin:
F_ {g, x} = mg \ sin {\ theta} = 2 \ kertaa 9,8 \ kertaa \ sin {20} = 6,7 \ teksti {N}
Tämän on oltava yhtä suuri kuin staattisen kitkan voima, joka pitää kirjaa paikallaan.
Toinen tässä analyysissä löydettävä arvo on staattisen kitkan kerroin. Normaali voima onkohtisuorassapintaan, jolla kirja lepää. Joten tämän voiman on oltavatasapainossa pystykomponentin kanssapainovoiman voima:
F_ {g, y} = mg \ cos {\ theta} = 2 kertaa 9,8 kertaa \ cos {20} = 18,4 \ teksti {N}
Järjestä sitten staattisen kitkan yhtälö uudelleen:
\ mu_s = \ frac {F_s} {F_N} = \ frac {6.7} {18.4} = 0,364
