대부분의 물체는 생각만큼 매끄럽지 않습니다. 미시적 수준에서 표면이 부드러워 보이지만 실제로는 작은 언덕과 계곡의 풍경입니다. 실제로 볼 수 있지만 두 접촉 사이의 상대 운동을 계산할 때 큰 차이가 있습니다. 표면.
표면의 이러한 작은 결함은 서로 맞물려 마찰력을 발생시켜 움직임의 반대 방향이며 물체에 대한 순 힘을 결정하기 위해 계산되어야합니다.
마찰에는 몇 가지 유형이 있지만운동 마찰그렇지 않으면슬라이딩 마찰, 동안정적 마찰개체에 영향을 미침전에움직이기 시작하고구름 마찰특히 바퀴처럼 구르는 물체와 관련이 있습니다.
운동 마찰의 의미, 적절한 마찰 계수를 찾는 방법 및 방법 계산은 힘과 관련된 물리학 문제를 해결하기 위해 알아야 할 모든 것을 알려줍니다. 마찰.
운동 마찰의 정의
가장 간단한 운동 마찰 정의는 표면과 표면에 대항하여 움직이는 물체 사이의 접촉으로 인해 발생하는 움직임에 대한 저항입니다. 운동 마찰의 힘은대들다물체의 움직임에 따라 무언가를 앞으로 밀면 마찰이 물체를 뒤로 밀게됩니다.
운동 학적 허구 력은 움직이는 물체에만 적용되며 (따라서“운동 학적”) 슬라이딩 마찰이라고도합니다. 이것은 슬라이딩 동작 (마루 보드를 가로 질러 상자를 밀기)에 반대하는 힘이며,마찰 계수이것과 다른 유형의 마찰 (예: 롤링 마찰)에 대해.
고체 사이의 또 다른 주요 마찰 유형은 정적 마찰이며, 이것은 사이의 마찰로 인한 운동에 대한 저항입니다.아직도개체와 표면. 그만큼정적 마찰 계수일반적으로 운동 마찰 계수보다 크며, 이는 이미 움직이고있는 물체의 마찰력이 약함을 나타냅니다.
운동 마찰 방정식
마찰력은 방정식을 사용하여 가장 잘 정의됩니다. 마찰력은 고려중인 마찰 유형의 마찰 계수와 표면이 물체에 가하는 수직 힘의 크기에 따라 달라집니다. 슬라이딩 마찰의 경우 마찰력은 다음과 같이 지정됩니다.
F_k = μ_k F_n
어디에프케이 운동 마찰의 힘,μ케이 슬라이딩 마찰 (또는 운동 마찰)의 계수이고에프엔 문제가 수평 표면과 관련되어 있고 다른 수직 힘이 작용하지 않는 경우 (예 :에프엔 = mg, 어디미디엄물체의 질량이고지중력으로 인한 가속도). 마찰은 힘이므로 마찰력의 단위는 뉴턴 (N)입니다. 운동 마찰 계수는 단위가 없습니다.
정적 마찰에 대한 방정식은 슬라이딩 마찰 계수가 정적 마찰 계수 (μ에스). 이것은 특정 지점까지 증가하기 때문에 실제로 최대 값으로 생각하는 것이 가장 좋습니다. 그리고 나서 물체에 더 많은 힘을 가하면 움직이기 시작합니다.
F_s \ leq μ_s F_n
운동 마찰을 사용한 계산
운동 마찰력은 수평면에서는 간단하지만 경사면에서는 조금 더 어렵습니다. 예를 들어, 질량이미디엄= 2kg, 수평 유리 표면을 가로 질러 밀고,𝜇케이 = 0.4. 관계식을 사용하여 운동 마찰력을 쉽게 계산할 수 있습니다.에프엔 = mg그리고 그것에 주목지= 9.81m / s2:
\ begin {정렬} 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 {정렬}
이제 표면이 수평으로 20도 기울어 진 것을 제외하고 동일한 상황을 상상해보십시오. 수직력은무게표면에 수직으로 향하는 물체의mgcos (θ), 어디θ경사각입니다. 참고mg죄 (θ)는 경사로를 당기는 중력의 힘을 알려줍니다.
블록이 움직이면 다음이 제공됩니다.
\ begin {정렬} 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 {정렬}
간단한 실험으로 정적 마찰 계수를 계산할 수도 있습니다. 콘크리트 위에 5kg의 나무 블록을 밀거나 당기려고한다고 상상해보십시오. 상자가 움직이기 시작하는 정확한 순간에 적용된 힘을 기록하면 정적 마찰 방정식을 다시 정렬하여 목재와 석재에 대한 적절한 마찰 계수를 찾을 수 있습니다. 블록을 이동하는 데 30N의 힘이 필요하면 최대에프에스 = 30N이므로 :
F_s = μ_s F_n
재정렬 :
\ begin {aligned} 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 {정렬 됨}
따라서 계수는 약 0.61입니다.