De meeste objecten zijn niet echt zo glad als je denkt dat ze zijn. Op microscopisch niveau zijn zelfs ogenschijnlijk gladde oppervlakken in werkelijkheid een landschap van kleine heuvels en valleien, te klein om echt te zien, maar een enorm verschil te maken als het gaat om het berekenen van relatieve beweging tussen twee contacten oppervlakken.
Deze kleine onvolkomenheden in de oppervlakken grijpen in elkaar, waardoor de wrijvingskracht ontstaat, die in de tegenovergestelde richting van elke beweging en moet worden berekend om de nettokracht op het object te bepalen.
Er zijn een paar verschillende soorten wrijving, maar:kinetische wrijvingis ook wel bekend alsglijdende wrijving;, terwijlstatische wrijvingbeïnvloedt het objectvoordathet begint te bewegen enrollende wrijving;heeft specifiek betrekking op rollende objecten zoals wielen.
Leren wat kinetische wrijving betekent, hoe u de juiste wrijvingscoëfficiënt kunt vinden en hoe u bereken het vertelt je alles wat je moet weten om natuurkundige problemen aan te pakken met de kracht van wrijving.
Definitie van kinetische wrijving
De meest voor de hand liggende definitie van kinetische wrijving is: de weerstand tegen beweging veroorzaakt door het contact tussen een oppervlak en het object dat ertegen beweegt. De kracht van kinetische wrijving werkt omzich verzetten tegende beweging van het object, dus als je iets naar voren duwt, duwt wrijving het naar achteren.
De kinetische fictiekracht is alleen van toepassing op een object dat beweegt (vandaar "kinetisch"), en staat ook wel bekend als glijdende wrijving. Dit is de kracht die de glijdende beweging tegenwerkt (een doos over vloerplanken duwen), en er zijn specifiekewrijvingscoëfficiëntenvoor deze en andere soorten wrijving (zoals rolwrijving).
Het andere belangrijke type wrijving tussen vaste stoffen is statische wrijving, en dit is de weerstand tegen beweging veroorzaakt door de wrijving tussen anog steedsvoorwerp en een oppervlak. Decoëfficiënt van statische wrijvingis over het algemeen groter dan de kinetische wrijvingscoëfficiënt, wat aangeeft dat de wrijvingskracht zwakker is voor objecten die al in beweging zijn.
Vergelijking voor kinetische wrijving
De wrijvingskracht kan het best worden gedefinieerd met behulp van een vergelijking. De wrijvingskracht hangt af van de wrijvingscoëfficiënt voor het soort wrijving in kwestie en de grootte van de normaalkracht die het oppervlak uitoefent op het object. Voor glijdende wrijving wordt de wrijvingskracht gegeven door:
F_k = μ_k F_n
WaarFk is de kracht van kinetische wrijving,μk is de wrijvingscoëfficiënt (of kinetische wrijving) en)Fnee is de normaalkracht, gelijk aan het gewicht van het object als het probleem een horizontaal oppervlak betreft en er geen andere verticale krachten werken (d.w.z.Fnee = mg, waarmis de massa van het object engis de versnelling als gevolg van de zwaartekracht). Omdat wrijving een kracht is, is de eenheid van de wrijvingskracht de newton (N). De kinetische wrijvingscoëfficiënt is eenheidsloos.
De vergelijking voor statische wrijving is in principe hetzelfde, behalve dat de glijdende wrijvingscoëfficiënt wordt vervangen door de statische wrijvingscoëfficiënt (μzo). Dit kan het beste worden gezien als een maximale waarde, omdat deze tot een bepaald punt toeneemt, en als je dan meer kracht op het object uitoefent, begint het te bewegen:
F_s \leq μ_s F_n
Berekeningen met kinetische wrijving
Het berekenen van de kinetische wrijvingskracht is eenvoudig op een horizontaal oppervlak, maar iets moeilijker op een hellend oppervlak. Neem bijvoorbeeld een glazen blok met een massa vanm= 2 kg, over een horizontaal glasoppervlak geduwd,𝜇k = 0,4. U kunt de kinetische wrijvingskracht eenvoudig berekenen met behulp van de relatieFnee = mgen opmerkend datg= 9,81 m/s2:
\begin{aligned} 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{uitgelijnd}
Stel je nu dezelfde situatie voor, behalve dat het oppervlak 20 graden met de horizontaal helt. De normaalkracht is afhankelijk van de component van degewichtvan het object loodrecht op het oppervlak gericht, wat wordt gegeven doormgwant (θ), waar?θis de hellingshoek. Let daar opmgzonde (θ) vertelt je de zwaartekracht die hem van de helling trekt.
Met het blok in beweging geeft dit:
\begin{uitgelijnd} 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{uitgelijnd}
U kunt ook de statische wrijvingscoëfficiënt berekenen met een eenvoudig experiment. Stel je voor dat je een blok hout van 5 kg over beton probeert te duwen of trekken. Als u de uitgeoefende kracht registreert op het precieze moment dat de doos begint te bewegen, kunt u de statische wrijvingsvergelijking herschikken om de juiste wrijvingscoëfficiënt voor hout en steen te vinden. Als er 30 N kracht nodig is om het blok te verplaatsen, dan is het maximum voorFzo = 30 N, dus:
F_s = μ_s F_n
Herschikt naar:
\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 {uitgelijnd}
Dus de coëfficiënt is ongeveer 0,61.