La friction est une force qui s'oppose au mouvement. Les physiciens font la distinction entre la friction statique, qui agit pour maintenir un corps au repos, et la friction cinétique, qui agit pour ralentir son mouvement une fois qu'il commence à bouger. La force exercée par le frottement statique (Fs) est proportionnelle à la force perpendiculaire exercée par un corps contre la surface le long de laquelle il se déplace, que l'on appelle la force normale (FN). Le facteur de proportionnalité est appelé le coefficient de fraction statique, qui est généralement désigné par la lettre grecque mu avec un indices (µs). La relation mathématique est :
F_s=\mu_s F_N
Ce coefficient dépend des caractéristiques des deux surfaces qui sont en contact l'une avec l'autre. Il a été tabulé pour un certain nombre de matériaux différents. Si vous ne trouvez pasµs pour les matériaux que vous utilisez, vous pouvez le déterminer avec une simple expérience.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Pour trouver le coefficient minimum de frottement statique entre deux matériaux, construisez un plan incliné à partir de l'un des matériaux et placez-y un corps fabriqué à partir de l'autre matériau. Augmentez l'angle d'inclinaison jusqu'à ce que le corps commence à glisser. La tangente de l'angle est le coefficient de frottement.
Utiliser un plan incliné
Un moyen simple de déterminerµsconsiste à placer l'objet en question sur un plan incliné fait du même matériau que la surface que vous étudiez. Augmentez progressivement l'angle de l'inclinaison jusqu'à ce que l'objet commence à glisser. Enregistrez cet angle. Vous pouvez immédiatement trouverµscar il est égal à la tangente de l'angle. Voici pourquoi:
Lorsque vous augmentez la pente, la force de gravité agissant sur un corps de massema une composante horizontale et une composante verticale. En appliquant la loi de Newton à chacun d'eux juste avant que le corps ne commence à bouger, vous trouvez la composante horizontale (qui agit dans leX-direction) êtreFX = maX. Il en est de même dans leouidirection:Foui = maoui.
L'accélération de laX-direction,maX, est égal à la force de gravité, qui est la masse multipliée par l'accélération due à la gravité (g) fois le sinus de l'angle (ø) formé au point d'appui de la pente. Puisque le corps ne bouge pas, cela est égal à la force opposée du frottement statique, et vous pouvez écrire :
1. mg\sin{\theta}=F_s
leoui-composante directionnelle de la force,maoui, est égal au cosinus de l'angle multiplié par la masse multiplié par l'accélération due à la gravité, et cela doit être égal à la force normale, puisque le corps ne bouge pas,
2. F_N=mg\cos{\theta}
Rappelez-vous queFs = µsFN. SubstitutFsdans l'équation (1) :
mg\sin{\theta}=\mu_s F_N
et utilisez l'égalité à l'équation (2) pour remplacerFN:
mg\sin{\theta}=\mu_s mg \cos{\theta}
Le terme "mg" s'annule des deux côtés :
\mu_s=\frac{\sin{\theta}}{\cos{\theta}}=\tan{\theta}