Statisk friksjon er en kraft som må væreovervinnefor at noe skal komme i gang. For eksempel kan noen presse på en stasjonær gjenstand som en tung sofa uten at den beveger seg. Men hvis de presser hardere eller innhenter en sterk venns hjelp, vil det overvinne friksjonskraften og bevege seg.
Mens sofaen er stille, er denkraften av statisk friksjon balanserer trykkets påførte kraft. Derfor,kraften til statisk friksjon øker på en lineær måte med den påførte kraften som virker i motsatt retning, til den når en maksimal verdi og objektet bare begynner å bevege seg. Etter det opplever objektet ikke lenger motstand fra statisk friksjon, men fra kinetisk friksjon.
Den statiske friksjonen er vanligvis en større friksjonskraft enn kinetisk friksjon - det er vanskeligere å begynne å skyve en sofa langs gulvet enn å holde den i gang.
Koeffisient for statisk friksjon
Statisk friksjon skyldes molekylære interaksjoner mellom objektet og overflaten det er på. Dermed gir forskjellige overflater forskjellige mengder statisk friksjon.
Friksjonskoeffisienten som beskriver denne forskjellen i statisk friksjon for forskjellige overflater erμs.Den kan bli funnet i en tabell, som den som er knyttet til denne artikkelen, eller beregnet eksperimentelt.
Ligning for statisk friksjon
Hvor:
- Fs= kraft av statisk friksjon i newton (N)
- μs = koeffisient for statisk friksjon (ingen enheter)
- FN = normal kraft mellom overflatene i newton (N)
Maksimal statisk friksjon oppnås når ulikheten blir en likhet, på hvilket tidspunkt en annen friksjonskraft tar over når objektet begynner å bevege seg. (Kraften til kinetisk eller glidende friksjon har en annen koeffisient assosiert med seg, kalt koeffisienten for kinetisk friksjon og betegnetμk .)
Eksempelberegning med statisk friksjon
Et barn prøver å skyve en 10 kg gummiboks horisontalt langs et gummigulv. Den statiske friksjonskoeffisienten er 1,16. Hva er den maksimale kraften barnet kan brukeutenboksen beveger seg i det hele tatt?
[sett inn et fritt kroppsdiagram som viser de påførte, friksjons-, gravitasjonskreftene og normale kreftene på stillboksen]
Legg først merke til at nettokraften er 0 og finn overflatens normale kraft på boksen. Siden boksen ikke beveger seg, må denne kraften være lik størrelse med gravitasjonskraften som virker i motsatt retning. Husk detFg = mghvorFger tyngdekraften,mer massen til objektet ogger akselerasjonen på grunn av tyngdekraften på jorden.
Så:
F_N = F_g = 10 \ ganger 9.8 = 98 \ tekst {N}
Løs deretter for Fs med ligningen over:
F_s = \ mu_s \ times F_N = 1.16 \ times 98 = 113.68 \ text {N}
Dette er den maksimale statiske friksjonskraften som vil motsette boksens bevegelse. Derfor er det også den maksimale kraften barnet kan bruke uten at boksen beveger seg.
Merk at så lenge barnet bruker noen maktmindre enn maksimal verdi for statisk friksjon, boksen vil fortsatt ikke bevege seg!
Statisk friksjon på skrå plan
Statisk friksjon motarbeider ikke bare anvendte krefter. Det holder gjenstander i å gli nedover bakker eller andre skråflater, og motstår tyngdekraften.
I en vinkel gjelder den samme ligningen, men trigonometri er nødvendig for å løse kraftvektorene i deres horisontale og vertikale komponenter.
Tenk på en bok på 2 kg som hviler på et skråt plan i 20 grader. For at boka skal forbli stille, erkrefter parallelt med det skråplanet må balanseres. Som diagrammet viser, er kraften til statisk friksjon parallell med planet i retning oppover; den motsatte nedadgående kraften er fra tyngdekraften - i dette tilfellet skjøntbare den horisontale komponenten av gravitasjonskraftenbalanserer statisk friksjon.
Ved å tegne en høyre trekant av tyngdekraften for å løse komponentene, og gjøre en liten geometri for å finne at vinkelen i denne trekanten er lik hellingsvinkelen til planet, dehorisontal komponent av gravitasjonskraften(komponenten parallelt med planet) er da:
F_ {g, x} = mg \ sin {\ theta} = 2 \ ganger 9.8 \ ganger \ sin {20} = 6.7 \ tekst {N}
Dette må være lik kraften til statisk friksjon som holder boken på plass.
En annen verdi mulig å finne i denne analysen er koeffisienten for statisk friksjon. Den normale kraften ervinkelretttil overflaten som boka hviler på. Så denne kraften må værebalansert med den vertikale komponententyngdekraftens kraft:
F_ {g, y} = mg \ cos {\ theta} = 2 \ ganger 9.8 \ ganger \ cos {20} = 18.4 \ tekst {N}
Deretter omorganiserer du ligningen for statisk friksjon:
\ mu_s = \ frac {F_s} {F_N} = \ frac {6.7} {18.4} = 0.364