Overflater utøver en friksjonskraft som motstår glidebevegelser, og du må beregne størrelsen på denne kraften som en del av mange fysikkproblemer. Mengden friksjon avhenger hovedsakelig av den "normale kraften", hvilke overflater som utøves på gjenstandene som sitter på dem, samt egenskapene til den spesifikke overflaten du vurderer. For de fleste formål kan du bruke formelen:
å beregne friksjon, medNstår for den “normale” kraften og “μ”Som inkluderer overflatens egenskaper.
Friksjon beskriver kraften mellom to flater når du prøver å bevege hverandre. Kraften motstår bevegelse, og i de fleste tilfeller virker kraften i motsatt retning av bevegelsen. Nede på molekylært nivå, når du presser to flater sammen, mindre ufullkommenheter i hver overflaten kan låse seg sammen, og det kan være attraktive krefter mellom molekylene til ett materiale og den andre. Disse faktorene gjør det vanskeligere å flytte dem forbi hverandre. Du jobber ikke på dette nivået når du beregner friksjonskraften. For hverdagslige situasjoner grupperer fysikere alle disse faktorene sammen i "koeffisienten"μ.
Den “normale” kraften beskriver den kraften som overflaten en gjenstand hviler på (eller presses på) utøver på gjenstanden. For en stille gjenstand på en flat overflate, må kraften nøyaktig motsette seg kraften på grunn av tyngdekraften, ellers ville objektet bevege seg, i henhold til Newtons bevegelseslover. Den “normale” kraften (N) er navnet på styrken som gjør dette.
Den virker alltid vinkelrett på overflaten. Dette betyr at på en skrå overflate vil den normale kraften fremdeles peke rett bort fra overflaten, mens tyngdekraften peker direkte nedover.
Den normale kraften kan enkelt beskrives i de fleste tilfeller av:
N = mg
Her,mrepresenterer gjenstandens masse, oggstår for akselerasjonen på grunn av tyngdekraften, som er 9,8 meter per sekund per sekund (m / s2), eller nettverk per kilo (N / kg). Dette samsvarer ganske enkelt med "vekt" av objektet.
For skrå overflater reduseres styrken til den normale kraften jo mer overflaten er tilbøyelig, slik at formelen blir:
N = mg \ cos {\ theta}
Medθstår for vinkelen overflaten er tilbøyelig til.
For et enkelt eksempelberegning, vurder en flat overflate med en 2 kg trekloss som sitter på den. Den normale kraften peker direkte oppover (for å støtte vekten av blokken), og du vil beregne:
N = 2 \ ganger 9.8 = 19.6 \ tekst {N}
Koeffisienten avhenger av objektet og den spesifikke situasjonen du jobber med. Hvis objektet ikke allerede beveger seg over overflaten, bruker du koeffisienten for statisk friksjonμstatisk, men hvis den beveger seg, bruker du koeffisienten for glidende friksjonμlysbilde.
Generelt er koeffisienten for glidende friksjon mindre enn koeffisienten for statisk friksjon. Med andre ord er det lettere å skyve noe som allerede glir enn å skyve noe som fortsatt er.
Materialene du vurderer påvirker også koeffisienten. For eksempel, hvis treblokken fra tidligere var på en mursteinoverflate, ville koeffisienten være 0,6, men for rent tre kan den være hvor som helst fra 0,25 til 0,5. For is på is er den statiske koeffisienten 0,1. Igjen reduserer glidekoeffisienten dette enda mer, til 0,03 for is på is og 0,2 for tre på tre. Slå opp disse etter overflaten din ved hjelp av en online tabell (se Ressurser).
Formelen for friksjonskraften sier:
F = \ mu N
Tenk for eksempel på en trekloss på 2 kg masse på et trebord, som skyves fra stillestående. I dette tilfellet bruker du den statiske koeffisienten, medμstatisk = 0,25 til 0,5 for tre. Tarμstatisk = 0,5 for å maksimere den potensielle effekten av friksjon, og huskeN = 19,6 N fra tidligere, er kraften:
F = 0,5 \ ganger19,6 = 9,8 \ tekst {N}
Husk at friksjon bare gir kraft til å motstå bevegelse, så hvis du begynner å skyve den forsiktig og få fastere vil friksjonskraften øke til en maksimal verdi, det er det du nettopp har beregnet. Noen ganger skriver fysikereFmaks for å gjøre dette poenget klart.
Når blokken er i bevegelse, bruker duμlysbilde = 0,2, i dette tilfellet:
F_ {slide} = \ mu_ {slide} N = 0.2 \ times 19.6 = 3.92 \ text {N}