Statische wrijving is een kracht die moet wordenoverwinnenom iets op gang te krijgen. Iemand kan bijvoorbeeld op een stilstaand object zoals een zware bank duwen zonder dat het beweegt. Maar als ze harder duwen of de hulp van een sterke vriend inroepen, zal het de wrijvingskracht overwinnen en bewegen.
Terwijl de bank stil staat,kracht van statische wrijving balanceert de uitgeoefende kracht van de duw. daarom,de kracht van statische wrijving neemt lineair toe wanneer de uitgeoefende kracht in de tegenovergestelde richting werkt, totdat het een maximale waarde bereikt en het object net begint te bewegen. Daarna ondervindt het object geen weerstand meer van statische wrijving, maar van kinetische wrijving.
De statische wrijving is meestal een grotere wrijvingskracht dan kinetische wrijving - het is moeilijker om een bank over de vloer te duwen dan om hem draaiende te houden.
Statische wrijvingscoëfficiënt of
Statische wrijving is het gevolg van moleculaire interacties tussen het object en het oppervlak waarop het zich bevindt. Verschillende oppervlakken zorgen dus voor verschillende hoeveelheden statische wrijving.
De wrijvingscoëfficiënt die dit verschil in statische wrijving voor verschillende oppervlakken beschrijft, is:μzo.Het kan worden gevonden in een tabel, zoals die gekoppeld aan dit artikel, of experimenteel berekend.
Vergelijking voor statische wrijving
Waar:
- Fzo= kracht van statische wrijving in newton (N)
- μzo = statische wrijvingscoëfficiënt (geen eenheden)
- Fnee = normaalkracht tussen de oppervlakken in newton (N)
Maximale statische wrijving wordt bereikt wanneer de ongelijkheid een gelijkheid wordt, op welk punt een andere wrijvingskracht het overneemt als het object begint te bewegen. (De kracht van kinetische of glijdende wrijving heeft een andere bijbehorende coëfficiënt, de coëfficiënt van kinetische wrijving en aangeduidμk .)
Voorbeeldberekening met statische wrijving
Een kind probeert een rubberen doos van 10 kg horizontaal over een rubberen vloer te duwen. De statische wrijvingscoëfficiënt is 1,16. Wat is de maximale kracht die het kind kan gebruiken?zonderbeweegt de doos überhaupt?
[voeg een vrijlichaamsdiagram in dat de uitgeoefende, wrijvings-, zwaartekracht- en normaalkrachten op de stilstaande doos toont]
Merk eerst op dat de netto kracht 0 is en zoek de normaalkracht van het oppervlak op de doos. Aangezien de doos niet beweegt, moet deze kracht even groot zijn als de zwaartekracht die in de tegenovergestelde richting werkt. Herhaal datFg = mgwaarFgis de zwaartekracht,mis de massa van het object engis de versnelling als gevolg van de zwaartekracht op aarde.
Zo:
F_N=F_g=10\times 9.8 = 98\text{ N}
Los vervolgens op voor Fzo met de vergelijking hierboven:
F_s=\mu_s\times F_N=1.16\times 98 = 113.68\text{ N}
Dit is de maximale statische wrijvingskracht die de beweging van de doos tegengaat. Daarom is het ook de maximale hoeveelheid kracht die het kind kan uitoefenen zonder dat de doos beweegt.
Merk op dat, zolang het kind enige kracht uitoefentminder dan de maximale waarde van statische wrijving, de doos beweegt nog steeds niet!
Statische wrijving op hellende vlakken
Statische wrijving verzet zich niet alleen tegen uitgeoefende krachten. Het zorgt ervoor dat objecten niet van heuvels of andere gekantelde oppervlakken glijden en de aantrekkingskracht van de zwaartekracht weerstaan.
Voor een hoek geldt dezelfde vergelijking, maar er is trigonometrie nodig om de krachtvectoren op te lossen in hun horizontale en verticale componenten.
Beschouw een boek van 2 kg dat op een hellend vlak van 20 graden rust. Om het boek stil te laten staan,krachten evenwijdig aan het hellende vlak moeten in evenwicht zijn. Zoals het diagram laat zien, is de kracht van statische wrijving evenwijdig aan het vlak in opwaartse richting; de tegengestelde neerwaartse kracht komt van de zwaartekracht - in dit geval echteralleen de horizontale component van de zwaartekrachtbalanceert statische wrijving.
Door een rechthoekige driehoek van de zwaartekracht af te trekken om zijn componenten op te lossen, en a kleine geometrie om te ontdekken dat de hoek in deze driehoek gelijk is aan de hellingshoek van het vlak, dehorizontale component van de zwaartekracht(de component evenwijdig aan het vlak) is dan:
F_{g, x}=mg\sin{\theta}=2\times 9.8\times\sin{20}=6.7\text{ N}
Dit moet gelijk zijn aan de kracht van statische wrijving die het boek op zijn plaats houdt.
Een andere waarde die in deze analyse kan worden gevonden, is de statische wrijvingscoëfficiënt. De normaalkracht isloodrechtnaar het oppervlak waarop het boek rust. Dus deze kracht moet zijngebalanceerd met de verticale componentvan de zwaartekracht:
F_{g, y}=mg\cos{\theta}=2\times 9.8\times\cos{20}=18.4\text{ N}
Dan, herschikken van de vergelijking voor statische wrijving:
\mu_s=\frac{F_s}{F_N}=\frac{6.7}{18.4}=0.364