Powierzchnie wywierają siłę tarcia, która opiera się ruchom ślizgowym, a wielkość tej siły należy obliczyć jako część wielu problemów fizycznych. Wielkość tarcia zależy głównie od „normalnej siły”, jaką powierzchnie wywierają na znajdujące się na nich przedmioty, a także od charakterystyki konkretnej powierzchni, którą rozważasz. W większości celów możesz użyć formuły:
obliczyć tarcie, zNoznacza „normalną” siłę i „μ” zawierające cechy powierzchni.
Tarcie opisuje siłę między dwiema powierzchniami, gdy próbujesz przesunąć jedną po drugiej. Siła stawia opór ruchowi iw większości przypadków siła działa w kierunku przeciwnym do ruchu. Na poziomie molekularnym, kiedy ściskasz dwie powierzchnie razem, na każdej pojawiają się drobne niedoskonałości powierzchnia może się zazębiać i mogą występować siły przyciągania między cząsteczkami jednego materiału i inny. Czynniki te utrudniają ich wzajemne przesuwanie. Nie pracujesz jednak na tym poziomie, kiedy obliczasz siłę tarcia. W codziennych sytuacjach fizycy grupują wszystkie te czynniki razem we „współczynniku”μ.
Siła „normalna” opisuje siłę, na której powierzchnia, na której spoczywa przedmiot (lub na którą jest przyciśnięty), wywiera na przedmiot. W przypadku nieruchomego obiektu na płaskiej powierzchni siła musi dokładnie przeciwstawiać się sile grawitacji, w przeciwnym razie obiekt poruszałby się zgodnie z prawami ruchu Newtona. Siła „normalna” (N) to nazwa siły, która to robi.
Działa zawsze prostopadle do powierzchni. Oznacza to, że na pochyłej powierzchni siła normalna nadal byłaby skierowana bezpośrednio od powierzchni, podczas gdy siła grawitacji byłaby skierowana bezpośrednio w dół.
Siłę normalną można w większości przypadków opisać w prosty sposób przez:
N= mg
Tutaj,mreprezentuje masę obiektu, asoloznacza przyspieszenie ziemskie, które wynosi 9,8 metra na sekundę na sekundę (m/s2) lub netwony na kilogram (N/kg). To po prostu pasuje do „wagi” przedmiotu.
W przypadku powierzchni nachylonych siła siły normalnej zmniejsza się, im bardziej powierzchnia jest nachylona, więc wzór wygląda następująco:
N=mg\cos{\theta}
Zθoznacza kąt, do którego nachylona jest powierzchnia.
Dla prostego przykładowego obliczenia rozważ płaską powierzchnię z umieszczonym na niej 2-kilogramowym klockiem drewna. Siła normalna byłaby skierowana bezpośrednio do góry (aby podtrzymać ciężar bloku) i obliczysz:
N=2\razy 9,8 = 19,6\text{ N}
Współczynnik zależy od obiektu i konkretnej sytuacji, z którą pracujesz. Jeśli obiekt nie porusza się już po powierzchni, użyj współczynnika tarcia statycznegoμstatyczny, ale jeśli się porusza, użyj współczynnika tarcia ślizgowegoμślizgać się.
Generalnie współczynnik tarcia ślizgowego jest mniejszy niż współczynnik tarcia statycznego. Innymi słowy, łatwiej jest przesunąć coś, co już się ślizga, niż przesunąć coś, co jest nieruchome.
Materiały, które rozważasz, również wpływają na współczynnik. Na przykład, jeśli wcześniej klocki drewniane znajdowały się na powierzchni cegły, współczynnik wynosiłby 0,6, ale dla czystego drewna może wynosić od 0,25 do 0,5. Dla lodu na lodzie współczynnik statyczny wynosi 0,1. Ponownie, współczynnik poślizgu zmniejsza to jeszcze bardziej, do 0,03 dla lodu na lodzie i 0,2 dla drewna na drewno. Sprawdź je dla swojej powierzchni za pomocą tabeli online (patrz Zasoby).
Wzór na siłę tarcia w stanach:
F=\mu N
Rozważmy na przykład drewniany klocek o masie 2 kg na drewnianym stole, popychany z miejsca. W tym przypadku używasz współczynnika statycznego, zμstatyczny = 0,25 do 0,5 dla drewna. Nabierającyμstatyczny = 0,5, aby zmaksymalizować potencjalny efekt tarcia i zapamiętaćN = 19,6 N od wcześniej, siła wynosi:
F=0.5\times19.6 = 9.8\text{ N}
Pamiętaj, że tarcie zapewnia tylko siłę, aby oprzeć się ruchowi, więc jeśli zaczniesz je delikatnie pchać i uzyskasz mocniej, siła tarcia wzrośnie do maksymalnej wartości, którą właśnie obliczyłeś. Fizycy czasem pisząfamaks aby to wyjaśnić.
Gdy blok się porusza, używaszμślizgać się = 0,2, w tym przypadku:
F_{slajd}=\mu_{slajd} N=0.2\razy 19.6 = 3.92\text{ N}