חיכוך הזזה, המכונה בדרך כלל חיכוך קינטי, הוא כוח המתנגד לתנועת ההזזה של שני משטחים העוברים זה על זה. לעומת זאת, חיכוך סטטי הוא סוג של כוח חיכוך בין שני משטחים שדוחפים זה את זה, אך אינם מחליקים ביחס זה לזה. (דמיין לדחוף על כיסא לפני שהוא מתחיל להחליק על הרצפה. הכוח שאתה מפעיל לפני תחילת ההחלקה מנוגד לחיכוך סטטי.)
חיכוך הזזה כולל בדרך כלל פחות התנגדות מאשר חיכוך סטטי, ולכן לעתים קרובות אתה צריך ללחוץ חזק יותר כדי לגרום לאובייקט להתחיל להחליק מאשר לשמור עליו להחליק. גודל כוח החיכוך הוא ביחס ישר לגודל הכוח הרגיל. נזכיר כי הכוח הרגיל הוא הכוח הניצב לפני השטח אשר מתנגד לכוחות אחרים המופעלים בכיוון זה.
קבוע המידתיות הוא כמות ללא יחידה הנקראת מקדם חיכוך, והיא משתנה בהתאם למשטחים הנמצאים במגע. (בדרך כלל מחפשים ערכים למקדם זה בטבלאות.) מקדם החיכוך מיוצג בדרך כלל באות היוונית.μעם מנויkהמצביע על חיכוך קינטי. נוסחת כוח החיכוך ניתנת על ידי:
F_f = \ mu_kF_N
איפהFנהוא גודל הכוח הרגיל, היחידות הן בניוטונים (N) וכיוון הכוח הזה מנוגד לכיוון התנועה.
הגדרת חיכוך מתגלגל
התנגדות גלגול מכונה לפעמים חיכוך מתגלגל, אם כי זה לא בדיוק כוח חיכוך מכיוון שהוא אינו תוצאה של שני משטחים במגע המנסים לדחוף זה נגד זה. זהו כוח התנגדות הנובע מאובדן אנרגיה עקב דפורמציות של האובייקט המתגלגל והמשטח.
בדיוק כמו בכוחות חיכוך, לעומת זאת, גודל כוח ההתנגדות המתגלגל הוא פרופורציונלי ישירות לגודל הכוח הרגיל, עם קבוע פרופורציונליות שתלוי במשטחים שבפנים איש קשר. בזמןμרמשמש לפעמים למקדם, זה נפוץ יותר לראותגrr, מה שהופך את המשוואה עבור גודל התנגדות הגלגול לבאות:
F_r = C_ {rr} F_N
כוח זה פועל בניגוד לכיוון התנועה.
דוגמאות לחיכוך הזזה והתנגדות גלגול
בואו ניקח בחשבון דוגמת חיכוך הכוללת עגלת דינמיקה שנמצאת בכיתה טיפוסית לפיזיקה ונשווה התאוצה שבה היא עוברת במורד מסלול מתכת נוטה ב -20 מעלות לשלושה שונים תרחישים:
תרחיש 1:אין שום חיכוך או כוחות התנגדות הפועלים על העגלה כשהיא מתגלגלת בחופשיות מבלי להחליק במסלול.
ראשית אנו משרטטים את תרשים הגוף החופשי. כוח הכבידה שמצביע ישר כלפי מטה, והכוח הרגיל המכוון בניצב לפני השטח הם הכוחות היחידים הפועלים.
משוואות הכוח נטו הן:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
מיד נוכל לפתור את המשוואה הראשונה להאצה ולחבר ערכים כדי לקבל את התשובה:
F_g \ sin {\ theta} = ma \\ \ מרמז mg \ sin (\ theta) = ma \\ \ מרמז a = g \ sin (\ theta) = 9.8 \ sin (20) = \ boxed {3.35 \ text { m / s} ^ 2}
תרחיש 2:התנגדות גלגול פועלת על העגלה כשהיא מתגלגלת בחופשיות מבלי להחליק במסלול.
כאן נניח מקדם התנגדות גלגול של 0.0065, המבוסס על דוגמה המצויה ב- עיתון מהאקדמיה הימית של ארה"ב.
כעת דיאגרמת הגוף החופשי שלנו כוללת התנגדות גלגול הפועלת במסלול. משוואות הכוח הנקי שלנו הופכות ל:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_r = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
מהמשוואה השנייה נוכל לפתורFנ, חבר את התוצאה לביטוי לחיכוך במשוואה הראשונה, ופתור לא:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ מרמז על F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) -C_ {rr} F_N = F_g \ sin (\ theta) -C_ {rr} F_g \ cos (\ theta) = ma \\ \ מרמז \ בטל mg \ sin (\ theta) -C_ {rr} \ ביטול mg \ cos (\ theta) = \ ביטול ma \\ \ מרמז a = g (\ sin (\ theta) -C_ {rr} \ cos (\ theta) ) = 9.8 (\ sin (20) -0.0065 \ cos (20)) \\ = \ boxed {3.29 \ text {m / s} ^ 2}
תרחיש 3:גלגלי העגלה נעולים במקומם, והיא גולשת במורד המסילה, ומונעת מחיכוך קינטי.
כאן נשתמש במקדם חיכוך קינטי של 0.2, שנמצא באמצע טווח הערכים המופיע בדרך כלל עבור פלסטיק על מתכת.
דיאגרמת הגוף החופשי שלנו נראית דומה מאוד למקרה של התנגדות גלגול, אלא שמדובר בכוח חיכוך גולש הפועל במעלה המעלה. משוואות הכוח הנקי שלנו הופכות ל:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_k = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
ושוב אנו פותרים עבוראבאופן דומה:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ מרמז על F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_N = F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_g \ cos (\ theta ) = ma \\ \ מרמז \ בטל mg \ sin (\ theta) - \ mu_k \ ביטול mg \ cos (\ theta) = \ בטל ma \\ \ מרמז על = g (\ sin (\ theta) - \ mu_k \ cos (\ theta)) = 9.8 ( \ sin (20) -0.2 \ cos (20)) \\ = \ מסומן {1.51 \ text {m / s} ^ 2}
שים לב שהתאוצה עם התנגדות גלגול קרובה מאוד למקרה ללא החיכוך, ואילו מקרה החיכוך ההחליק שונה באופן משמעותי. זו הסיבה שהתנגדות הגלגול מוזנחת ברוב המצבים ומדוע הגלגל היה המצאה מבריקה!