רוב האובייקטים לא באמת חלקים כמו שאתה חושב שהם. ברמה המיקרוסקופית, אפילו משטחים חלקים ככל הנראה הם באמת נוף של גבעות ועמקים זעירים, קטנים מדי לראות באמת אבל לעשות הבדל עצום כשמדובר בחישוב תנועה יחסית בין שני מגעים משטחים.
פגמים זעירים אלה במשטחים משתלבים זה בזה ומולידים את כוח החיכוך הפועל בכיוון ההפוך לכל תנועה ויש לחשב אותה כדי לקבוע את הכוח הנקי על האובייקט.
ישנם כמה סוגים שונים של חיכוך, אבלחיכוך קינטימכונה אחרתחיכוך הזזה, בזמןחיכוך סטטימשפיע על האובייקטלפניזה מתחיל לזוזחיכוך מתגלגלמתייחס באופן ספציפי לחפצים מתגלגלים כמו גלגלים.
ללמוד מה פירוש חיכוך קינטי, כיצד למצוא את מקדם החיכוך המתאים וכיצד לחשב זה אומר לך כל מה שאתה צריך לדעת כדי להתמודד עם בעיות פיזיקה הכרוכות בכוח של חיכוך.
הגדרת חיכוך קינטי
הגדרת החיכוך הקינטית הכי פשוטה היא: ההתנגדות לתנועה הנגרמת על ידי המגע בין משטח לבין האובייקט הנע נגדו. כוח החיכוך הקינטי פועל ללְהִתְנַגֵדאת תנועת האובייקט, אז אם אתה דוחף משהו קדימה, החיכוך דוחף אותו לאחור.
כוח הסיפורת הקינטית חל רק על אובייקט שנע (ומכאן "קינטי"), והוא מכונה אחרת חיכוך הזזה. זהו הכוח המתנגד לתנועת הזזה (דחיפת תיבה על פני רצפות רצפה), ויש ספציפיים
מקדמי חיכוךעבור חיכוך זה וסוגים אחרים (כגון חיכוך מתגלגל).סוג החיכוך העיקרי הנוסף בין מוצקים הוא חיכוך סטטי, וזה ההתנגדות לתנועה הנגרמת על ידי החיכוך ביןעוֹדחפץ ומשטח. המקדם חיכוך סטטיהוא בדרך כלל גדול יותר ממקדם החיכוך הקינטי, מה שמעיד שכוח החיכוך חלש יותר עבור עצמים שכבר נמצאים בתנועה.
משוואה לחיכוך קינטי
כוח החיכוך מוגדר בצורה הטובה ביותר באמצעות משוואה. כוח החיכוך תלוי במקדם החיכוך לסוג החיכוך הנבחן ובגודל הכוח הרגיל שהמשטח מפעיל על האובייקט. עבור חיכוך הזזה, כוח החיכוך ניתן על ידי:
F_k = μ_k F_n
איפהFk הוא כוח החיכוך הקינטי,μk הוא המקדם של חיכוך הזזה (או חיכוך קינטי) וFנ הוא הכוח הרגיל, שווה למשקל האובייקט אם הבעיה כוללת משטח אופקי ואין כוחות אנכיים אחרים הפועלים (כלומר,Fנ = מ"ג, איפהMהוא המסה של האובייקט וזהוא התאוצה הנובעת מכוח המשיכה). מכיוון שחיכוך הוא כוח, יחידת כוח החיכוך היא הניוטון (N). מקדם החיכוך הקינטי הוא ללא יחידה.
המשוואה לחיכוך סטטי זהה בעצם, למעט מקדם החיכוך הזזה מוחלף במקדם החיכוך הסטטי (μס). זה באמת נחשב כערך מקסימלי מכיוון שהוא עולה עד לנקודה מסוימת, ואז אם תפעיל יותר כוח על האובייקט, הוא יתחיל לנוע:
F_s \ leq μ_s F_n
חישובים עם חיכוך קינטי
עיבוד כוח החיכוך הקינטי הוא פשוט על משטח אופקי, אך קצת יותר קשה על משטח נוטה. לדוגמה, קח גוש זכוכית עם מסה שלM= 2 ק"ג, דחוף על פני משטח זכוכית אופקי,𝜇k = 0.4. אתה יכול לחשב את כוח החיכוך הקינטי בקלות באמצעות היחסFנ = מ"גוציין את זהז= 9.81 מ 'לשנייה2:
\ התחל {מיושר} F_k & = μ_k F_n \\ & = μ_k mg \\ & = 0.4 × 2 \; \ text {kg} × 9.81 \; \ text {m / s} ^ 2 \\ & = 7.85 \; \ text {N} \ end {align}
עכשיו דמיין את אותו המצב, למעט המשטח נוטה 20 מעלות לרוחב. הכוח הרגיל תלוי במרכיב ה-מִשׁקָלשל האובייקט המכוון בניצב לפני השטח, הניתן על ידימ"גcos (θ), איפהθהיא זווית השיפוע. ציין זאתמ"גחטא (θ) אומר לך את כוח הכובד שמושך אותו במורד השיפוע.
עם הבלוק בתנועה זה נותן:
\ התחל {align} F_k & = μ_k F_n \\ & = μ_k mg \; \ cos (θ) \\ & = 0.4 × 2 \; \ text {kg} × 9.81 \; \ text {m / s} ^ 2 × \ cos (20 °) \\ & = 7.37 \; \ text {N } \ end {מיושר}
ניתן גם לחשב את מקדם החיכוך הסטטי בעזרת ניסוי פשוט. תאר לעצמך שאתה מנסה להתחיל לדחוף או למשוך גוש עץ של 5 ק"ג על פני בטון. אם אתה רושם את הכוח המופעל ברגע המדויק בו התיבה מתחילה לנוע, אתה יכול לסדר מחדש את משוואת החיכוך הסטטית כדי למצוא את מקדם החיכוך המתאים לעץ ואבן. אם נדרש כוח של 30 N בכדי להזיז את הבלוק, אז המקסימום עבורFס = 30 N, אז:
F_s = μ_s F_n
מתארגן מחדש ל:
\ התחל {align} μ_s & = \ frac {F_s} {F_n} \\ & = \ frac {F_s} {mg} \\ & = \ frac {30 \; \ text {N}} {5 \; \ text {kg} × 9.81 \; \ text {m / s} ^ 2} \\ & = \ frac {30 \; \ text {N}} {49.05 \; \ text {N}} \\ & = 0.61 \ end {מיושר}
לכן המקדם הוא סביב 0.61.
