A statikus súrlódás olyan erő, amelynek lennie kelllegyőznihogy valami elinduljon. Például valaki úgy mozoghat egy álló tárgyon, mint egy nehéz kanapé, anélkül, hogy elmozdulna. De ha erősebben nyomnak, vagy erős barát segítségét kérik, akkor az leküzdi a súrlódási erőt és megmozdul.
Amíg a kanapé mozdulatlan, aA statikus súrlódási erő egyensúlyozza a lökés alkalmazott erejét. Ebből kifolyólag,a statikus súrlódás ereje lineárisan növekszik, az alkalmazott erő ellentétes irányban hat, amíg el nem éri a maximális értéket, és az objektum csak elkezd mozogni. Ezt követően az objektum már nem a statikus súrlódástól, hanem a kinetikai súrlódástól tapasztalja az ellenállást.
A statikus súrlódás általában nagyobb súrlódási erő, mint a kinetikus súrlódás - nehezebb elkezdeni egy kanapét tolni a padló mentén, mint tartani.
Statikus súrlódási együttható
A statikus súrlódás az objektum és a felszín közötti molekuláris kölcsönhatásokból származik. Így a különböző felületek különböző mennyiségű statikus súrlódást biztosítanak.
A súrlódási együttható, amely leírja ezt a statikus súrlódási különbséget a különböző felületek esetében, azμs.Megtalálható egy táblázatban, hasonlóan ehhez a cikkhez, vagy kísérletileg kiszámítható.
A statikus súrlódás egyenlete
Hol:
- Fs= statikus súrlódási erő newtonokban (N)
- μs = a statikus súrlódási együttható (nincs egység)
- FN = normál erő a felületek között newtonokban (N)
A maximális statikus súrlódás akkor érhető el, amikor az egyenlőtlenség egyenlőséggé válik, és ekkor egy másik súrlódási erő veszi át az irányt, amikor az objektum mozogni kezd. (A kinetikus vagy csúszó súrlódás erejéhez más együttható társul, amelyet kinetikai súrlódási együtthatónak nevezünk, és amelyetμk .)
Példa számításra statikus súrlódással
Egy gyermek megpróbál 10 kg-os gumidobozt vízszintesen eltolni a padló mentén. A statikus súrlódási együttható 1,16. Mekkora maximális erőt tud használni a gyermeknélküla doboz egyáltalán mozog?
[helyezzen be egy szabad testdiagramot, amely bemutatja az alkalmazott, súrlódási, gravitációs és normál erőket az állóképen]
Először vegye figyelembe, hogy a nettó erő 0, és keresse meg a felület normál erejét a dobozon. Mivel a doboz nem mozog, ennek az erőnek egyenlőnek kell lennie az ellenkező irányban ható gravitációs erővel. Emlékezz erreFg = mgholFga gravitációs erő,ma tárgy tömege ésga gravitáció miatti gyorsulás a Földön.
Így:
F_N = F_g = 10 \ x 9,8 = 98 \ text {N}
Ezután oldja meg F-ets a fenti egyenlettel:
F_s = \ mu_s \ szorzat F_N = 1.16 \ szor 98 = 113.68 \ text {N}
Ez a maximális statikus súrlódási erő, amely szembeszáll a doboz mozgásával. Ezért ez a maximális erő is, amelyet a gyermek a doboz mozgatása nélkül képes kifejteni.
Vegye figyelembe, hogy mindaddig, amíg a gyermek bármilyen erőt alkalmazkevesebb, mint a statikus súrlódás maximális értéke, a doboz továbbra sem mozdul el!
Statikus súrlódás ferde síkokon
A statikus súrlódás nem csak az alkalmazott erőket állítja szembe. Megakadályozza, hogy a tárgyak lecsúszjanak a dombokról vagy más megdőlt felületekről, ellenállva a gravitációs húzásnak.
Szögben ugyanaz az egyenlet érvényes, de trigonometria szükséges az erővektorok vízszintes és függőleges komponenseikbe történő feloldásához.
Vegyünk egy 2 kg-os könyvet, amely 20 fokos ferde síkon nyugszik. Ahhoz, hogy a könyv mozdulatlan maradjon, aa ferde síkkal párhuzamos erőknek egyensúlyban kell lenniük. Amint a diagram mutatja, a statikus súrlódási erő párhuzamos a felfelé irányuló síkkal; az ellentétes lefelé irányuló erő a gravitációtól származik - ebben az esetben mégis,csak a gravitációs erő vízszintes összetevőjekiegyensúlyozza a statikus súrlódást.
Azáltal, hogy egy derékszögű háromszöget húz le a gravitációs erőről annak összetevőinek feloldása érdekében, és a kevés geometria annak megállapítására, hogy a háromszög szöge megegyezik a sík lejtési szögével, aa gravitációs erő vízszintes összetevője(a síkkal párhuzamos komponens) ekkor:
F_ {g, x} = mg \ sin {\ theta} = 2 \ x 9,8-szor \ sin {20} = 6,7 \ text {N}
Ennek meg kell egyeznie a könyvet a helyén tartó statikus súrlódási erővel.
Egy másik, ebben az elemzésben megtalálható érték a statikus súrlódási együttható. A normál erő azmerőlegesarra a felszínre, amelyen a könyv nyugszik. Tehát ennek az erőnek kell lenniekiegyensúlyozott a függőleges komponenssela gravitációs erő:
F_ {g, y} = mg \ cos {\ theta} = 2 \ x 9,8-szor \ cos {20} = 18,4 \ text {N}
Ezután a statikus súrlódás egyenletének átrendezése:
\ mu_s = \ frac {F_s} {F_N} = \ frac {6.7} {18.4} = 0,364
