La plupart des gens comprennent la friction de manière intuitive. Lorsque vous essayez de pousser un objet le long d'une surface, le contact entre l'objet et la surface résiste à votre poussée jusqu'à une certaine force de poussée. Le calcul mathématique de la force de friction implique généralement le « coefficient de friction », qui décrit à quel point les deux des matériaux spécifiques « collent ensemble » pour résister au mouvement, et quelque chose appelé « la force normale » qui se rapporte à la masse du objet. Mais si vous ne connaissez pas le coefficient de frottement, comment calculez-vous la force? Vous pouvez y parvenir soit en recherchant un résultat standard en ligne, soit en effectuant une petite expérience.
Utilisez l'objet en question et une petite partie de la surface que vous pouvez déplacer librement pour mettre en place une rampe inclinée. Si vous ne pouvez pas utiliser toute la surface ou tout l'objet, utilisez simplement un morceau de quelque chose fait du même matériau. Par exemple, si vous avez un sol carrelé comme surface, vous pouvez utiliser une seule tuile pour créer la rampe. Si vous avez une armoire en bois comme objet, utilisez un autre objet plus petit en bois (idéalement avec une finition similaire sur le bois). Plus vous vous rapprochez de la situation réelle, plus votre calcul sera précis.
Assurez-vous que vous pouvez ajuster l'inclinaison de la rampe, en empilant une série de livres ou quelque chose de similaire, afin de pouvoir faire de petits ajustements à sa hauteur maximale.
Plus la surface est inclinée, plus la force due à la gravité travaillera pour la tirer vers le bas de la rampe. La force de friction agit contre cela, mais à un moment donné, la force due à la gravité la surmonte. Cela vous indique la force de friction maximale pour ces matériaux, et les physiciens la décrivent à travers le coefficient de friction statique (μstatique). L'expérience vous permet de trouver la valeur pour cela.
Placez l'objet sur la surface à un angle faible qui ne le fera pas glisser le long de la rampe. Augmentez progressivement l'inclinaison de la rampe en ajoutant des livres ou d'autres objets minces à votre pile et trouvez l'inclinaison la plus raide sur laquelle vous pouvez la tenir sans que l'objet ne bouge. Vous aurez du mal à obtenir une réponse complètement précise, mais votre meilleure estimation sera suffisamment proche de la vraie valeur pour le calcul. Mesurez la hauteur de la rampe et la longueur de la base de la rampe lorsqu'elle est à cette inclinaison. Vous traitez essentiellement la rampe comme formant un triangle rectangle avec le sol et mesurez la longueur et la hauteur du triangle.
Les calculs de la situation fonctionnent parfaitement, et il s'avère que la tangente de l'angle de l'inclinaison vous indique la valeur du coefficient. Donc:
Ou, parce que tan = opposé / adjacent = longueur de la base / hauteur, vous calculez :
Où le "N” représente la force normale. Pour une surface plane, la valeur de this est égale au poids de l'objet, vous pouvez donc utiliser :
Par exemple, le bois sur une surface de pierre a un coefficient de frottement deμstatique = 0,3, donc en utilisant cette valeur pour une armoire en bois de 10 kilogrammes (kg) sur une surface en pierre :
Recherchez en ligne le coefficient de friction entre vos deux substances. Par exemple, un pneu de voiture sur asphalte a un coefficient deμstatique = 0,72, la glace sur le bois aμstatique = 0,05 et le bois sur la brique aμstatique = 0,6. Trouvez la valeur pour votre situation (y compris en utilisant le coefficient de glissement si vous ne calculez pas le frottement à l'arrêt) et notez-la.
Si ce n'est pas le cas, la force normale est plus faible. Dans ce cas, trouvez l'angle de l'inclinaisonθ, et calculez :
Par exemple, en utilisant un bloc de glace de 1 kg sur du bois, incliné à 30°, et en se souvenant queg= 9,8 m/s2, cela donne:
F=\cos{\theta} \mu_{static} mg=\cos{30}\times 0,05 \times 1 \times 9,8 = 0,424\text{ N}