정적 마찰: 정의, 계수 및 방정식 (예제 포함)

정적 마찰은이기다뭔가를 할 수 있습니다. 예를 들어 무거운 소파와 같은 고정 된 물체를 움직이지 않고 밀 수 있습니다. 그러나 그들이 더 세게 밀거나 강한 친구의 도움을 요청하면 마찰력을 극복하고 움직일 것입니다.

소파가 가만히있는 동안정지 마찰의 힘은 미는 힘의 균형을 유지합니다.. 따라서,적용된 힘이 반대 방향으로 작용하면 정적 마찰력이 선형 방식으로 증가합니다., 최대 값에 도달하고 개체가 이동하기 시작할 때까지. 그 후, 물체는 더 이상 정적 마찰의 저항이 아니라 운동 마찰의 저항을 경험합니다.

정적 마찰은 일반적으로 운동 마찰보다 더 큰 마찰력입니다. 바닥을 따라 소파를 계속 밀기 시작하는 것이 더 어렵습니다.

정적 마찰은 물체와 물체가있는 표면 간의 분자 상호 작용으로 인해 발생합니다. 따라서 서로 다른 표면은 서로 다른 양의 정적 마찰을 제공합니다.

서로 다른 표면에 대한 정적 마찰의 차이를 설명하는 마찰 계수는 다음과 같습니다.μ_에스.이 기사에 링크 된 것과 같은 표에서 찾을 수 있거나 실험적으로 계산할 수 있습니다.

어디:

• ​에프_에스= 뉴턴 단위의 정적 마찰력 (N)
• ​μ_에스 = 정적 마찰 계수 (단위 없음)
  
• ​에프_엔 = 표면 사이의 수직력 (N)

최대 정적 마찰은 불평등이 같을 때 달성되며, 이 지점에서 물체가 움직이기 시작하면 다른 마찰력이 이어집니다. (운동력 또는 슬라이딩 마찰은 운동 마찰 계수라고하는 다른 계수를 가지고 있으며μ_케이 .)​

한 어린이가 고무 바닥을 따라 10kg의 고무 상자를 수평으로 밀려 고합니다. 정적 마찰 계수는 1.16입니다. 아이가 사용할 수있는 최대 힘은 얼마입니까?없이상자가 전혀 움직이지?

[스틸 박스에 적용된 마찰력, 중력, 수직력을 보여주는 자유 몸체 다이어그램 삽입]

먼저 순 힘이 0이고 상자 표면의 수직 힘을 찾습니다. 상자가 움직이지 않기 때문에이 힘은 반대 방향으로 작용하는 중력과 크기가 같아야합니다. 기억하세요에프_지 = mg어디에프_지중력,미디엄물체의 질량이고지지구상의 중력으로 인한 가속도입니다.

그래서:

그런 다음 F를 구합니다._에스 위의 방정식으로 :

이것은 상자의 움직임에 반대하는 최대 정적 마찰력입니다. 따라서 상자를 움직이지 않고도 아이가 가할 수있는 최대 힘입니다.

아이가 힘을 가하는 한정적 마찰의 최대 값 미만, 상자는 여전히 움직이지 않습니다!

정적 마찰은 적용된 힘에만 반대하는 것이 아닙니다. 물체가 언덕이나 기타 기울어 진 표면 아래로 미끄러지는 것을 방지하여 중력에 저항합니다.

각도에서 동일한 방정식이 적용되지만 힘 벡터를 수평 및 수직 구성 요소로 해석하려면 삼각법이 필요합니다.

20 도의 경사면에 놓여있는 2kg의 책을 생각해보십시오. 책이 움직이지 않게하려면경사면에 평행 한 힘은 균형을 이루어야합니다. 다이어그램에서 볼 수 있듯이 정적 마찰력은 위쪽 방향으로 평면과 평행합니다. 반대쪽 아래로 향하는 힘은 중력에서 비롯됩니다.이 경우에는중력의 수평 성분 만정적 마찰의 균형을 맞추고 있습니다.

구성 요소를 해결하기 위해 중력에서 직각 삼각형을 그리고 이 삼각형의 각도가 평면의 경사각과 같다는 것을 알 수있는 작은 기하학, 그만큼중력의 수평 성분(평면에 평행 한 구성 요소)는 다음과 같습니다.

이것은 책을 제자리에 고정시키는 정적 마찰력과 같아야합니다.

이 분석에서 찾을 수있는 또 다른 값은 정적 마찰 계수입니다. 수직력은수직책이 놓인 표면에. 따라서이 힘은수직 구성 요소와 균형중력의 힘 :

그런 다음 정적 마찰 방정식을 재정렬합니다.