Oppervlakken oefenen een wrijvingskracht uit die weerstand biedt tegen glijdende bewegingen, en je moet de grootte van deze kracht berekenen als onderdeel van veel natuurkundige problemen. De hoeveelheid wrijving hangt voornamelijk af van de "normaalkracht", die oppervlakken uitoefenen op de objecten die erop zitten, evenals de kenmerken van het specifieke oppervlak dat u overweegt. Voor de meeste doeleinden kunt u de formule gebruiken:
wrijving berekenen, metneestaat voor de "normale" kracht en "μ” waarin de kenmerken van het oppervlak zijn verwerkt.
Wrijving beschrijft de kracht tussen twee oppervlakken wanneer u de ene over de andere probeert te bewegen. De kracht weerstaat beweging en in de meeste gevallen werkt de kracht in de tegenovergestelde richting van de beweging. Beneden op moleculair niveau, als je twee oppervlakken tegen elkaar drukt, kleine onvolkomenheden in elk oppervlak kan in elkaar grijpen en er kunnen aantrekkingskrachten zijn tussen de moleculen van één materiaal en de andere. Deze factoren maken het moeilijker om ze langs elkaar heen te bewegen. Je werkt echter niet op dit niveau als je de wrijvingskracht berekent. Voor alledaagse situaties groeperen natuurkundigen al deze factoren samen in de "coëfficiënt"
μ.De "normale" kracht beschrijft de kracht die het oppervlak waarop een object rust (of wordt gedrukt) uitoefent op het object. Voor een stilstaand object op een plat oppervlak moet de kracht precies tegengesteld zijn aan de kracht van de zwaartekracht, anders zou het object bewegen, volgens de bewegingswetten van Newton. De "normale" kracht (nee) is de naam voor de kracht die dit doet.
Het werkt altijd loodrecht op het oppervlak. Dit betekent dat op een hellend oppervlak de normaalkracht nog steeds direct van het oppervlak af zou wijzen, terwijl de zwaartekracht direct naar beneden zou wijzen.
De normaalkracht kan in de meeste gevallen eenvoudig worden beschreven door:
N= mg
Hier,mvertegenwoordigt de massa van het object, engstaat voor de versnelling door de zwaartekracht, die 9,8 meter per seconde per seconde is (m/s2), of nettowond per kilogram (N/kg). Dit komt gewoon overeen met het "gewicht" van het object.
Voor hellende oppervlakken wordt de sterkte van de normaalkracht verminderd naarmate het oppervlak meer helt, dus de formule wordt:
N=mg\cos{\theta}
Metθstaat voor de hoek waarnaar het oppervlak helt.
Overweeg voor een eenvoudige voorbeeldberekening een vlak oppervlak met daarop een blok hout van 2 kg. De normaalkracht zou direct naar boven wijzen (om het gewicht van het blok te ondersteunen), en je zou berekenen:
N=2\times 9.8 = 19.6\text{ N}
De coëfficiënt is afhankelijk van het object en de specifieke situatie waarmee u werkt. Als het object nog niet over het oppervlak beweegt, gebruik je de statische wrijvingscoëfficiëntμstatisch, maar als het beweegt, gebruik je de wrijvingscoëfficiëntμdia.
Over het algemeen is de wrijvingscoëfficiënt kleiner dan de statische wrijvingscoëfficiënt. Met andere woorden, het is gemakkelijker om iets te schuiven dat al schuift dan om iets te schuiven dat stilstaat.
De materialen die u overweegt, hebben ook invloed op de coëfficiënt. Als het blok hout van vroeger bijvoorbeeld op een bakstenen oppervlak lag, zou de coëfficiënt 0,6 zijn, maar voor schoon hout kan deze ergens tussen 0,25 en 0,5. Voor ijs op ijs is de statische coëfficiënt 0,1. Nogmaals, de glijdende coëfficiënt vermindert dit nog meer, tot 0,03 voor ijs op ijs en 0,2 voor hout op hout. Zoek deze op voor uw oppervlak met behulp van een online tabel (zie bronnen).
De formule voor de wrijvingskracht luidt:
F=\mu N
Beschouw bijvoorbeeld een houtblok met een massa van 2 kg op een houten tafel, die vanuit stilstand wordt geduwd. In dit geval gebruik je de statische coëfficiënt, metμstatisch = 0,25 tot 0,5 voor hout. Nemenμstatisch = 0,5 om het potentiële effect van wrijving te maximaliseren en de. te onthoudennee = 19,6 N van eerder, de kracht is:
F=0.5\times19.6 = 9.8\text{ N}
Onthoud dat wrijving alleen kracht levert om beweging te weerstaan, dus als je zachtjes begint te duwen en je krijgt steviger is, zal de wrijvingskracht toenemen tot een maximale waarde, die u zojuist hebt berekend. Natuurkundigen schrijven somsFmax dit punt duidelijk te maken.
Zodra het blok beweegt, gebruik jeμdia = 0,2, in dit geval:
F_{slide}=\mu_{slide} N=0.2\times 19.6 = 3.92\text{ N}