Większość ludzi rozumie tarcie w sposób intuicyjny. Kiedy próbujesz pchać przedmiot po powierzchni, kontakt między przedmiotem a powierzchnią opiera się pchnięciu do pewnej siły pchania. Obliczenie siły tarcia matematycznie zwykle obejmuje „współczynnik tarcia”, który opisuje, jak bardzo określone materiały „sklejają się”, aby oprzeć się ruchowi, oraz coś, co nazywa się „siłą normalną”, która odnosi się do masy obiekt. Ale jeśli nie znasz współczynnika tarcia, jak obliczyć siłę? Możesz to osiągnąć, sprawdzając standardowy wynik online lub przeprowadzając mały eksperyment.
Użyj przedmiotowego obiektu i niewielkiej części powierzchni, którą możesz swobodnie poruszać, aby ustawić pochyloną rampę. Jeśli nie możesz wykorzystać całej powierzchni lub całego obiektu, po prostu użyj kawałka czegoś wykonanego z tego samego materiału. Na przykład, jeśli masz podłogę wyłożoną kafelkami jako powierzchnię, możesz użyć jednej płytki do stworzenia rampy. Jeśli masz drewnianą szafkę jako przedmiot, użyj innego, mniejszego przedmiotu wykonanego z drewna (najlepiej z podobnym wykończeniem na drewnie). Im bardziej zbliżysz się do rzeczywistej sytuacji, tym dokładniejsze będą Twoje obliczenia.
Upewnij się, że możesz dostosować nachylenie rampy, układając serię książek lub coś podobnego, dzięki czemu możesz dokonać niewielkich korekt maksymalnej wysokości.
Im bardziej nachylona powierzchnia, tym większa siła grawitacji będzie działać, aby ściągnąć ją w dół rampy. Siła tarcia działa przeciwko temu, ale w pewnym momencie siła grawitacji ją pokonuje. Wskazuje to maksymalną siłę tarcia dla tych materiałów, a fizycy opisują ją za pomocą współczynnika tarcia statycznego (μstatyczny). Eksperyment pozwala znaleźć dla tego wartość.
Umieść obiekt na powierzchni pod płytkim kątem, aby nie zsunął się po rampie. Stopniowo zwiększaj nachylenie rampy, dodając do stosu książki lub inne cienkie przedmioty, i znajdź najbardziej strome nachylenie, na którym możesz go utrzymać bez poruszania się obiektu. Będziesz miał trudności z uzyskaniem w pełni precyzyjnej odpowiedzi, ale Twoje najlepsze oszacowanie będzie wystarczająco zbliżone do prawdziwej wartości do obliczeń. Zmierz wysokość rampy i długość podstawy rampy, gdy znajduje się ona pod tym nachyleniem. Zasadniczo traktujesz rampę jako tworzącą trójkąt prostokątny z podłogą i mierząc długość i wysokość trójkąta.
Matematyka dla tej sytuacji działa zgrabnie i okazuje się, że tangens kąta nachylenia podaje wartość współczynnika. Więc:
Lub, ponieważ tan = przeciwległa / przylegająca = długość podstawy / wysokość, obliczasz:
Gdzie "N” oznacza normalną siłę. Dla płaskiej powierzchni wartość ta jest równa ciężarowi przedmiotu, więc możesz użyć:
Na przykład drewno na kamiennej powierzchni ma współczynnik tarciaμstatyczny = 0,3, więc używając tej wartości dla drewnianej szafki o wadze 10 kilogramów (kg) na kamiennej powierzchni:
Zajrzyj do Internetu, aby znaleźć współczynnik tarcia między dwiema substancjami. Na przykład opona samochodowa na asfalcie ma współczynnikμstatyczny = 0,72, lód na drewnie maμstatyczny = 0,05 a drewno na cegle maμstatyczny = 0,6. Znajdź wartość dla swojej sytuacji (w tym używając współczynnika poślizgu, jeśli nie obliczasz tarcia ze stacjonarnego) i zanotuj ją.
Jeśli tak nie jest, siła normalna jest słabsza. W takim przypadku znajdź kąt nachyleniaθi oblicz:
Na przykład, używając 1 kg kostki lodu na drewnie nachylonej pod kątem 30° i pamiętając o tymsol= 9,8 m / s2, to daje:
F=\cos{\theta} \mu_{statyczny} mg=\cos{30}\times 0,05 \times 1 \times 9,8 = 0,424\text{ N}