Tarcie to siła, która przeciwstawia się ruchowi. Fizycy rozróżniają tarcie statyczne, które utrzymuje ciało w stanie spoczynku, oraz tarcie kinetyczne, które spowalnia jego ruch, gdy zaczyna się ono poruszać. Siła wywierana przez tarcie statyczne (fas) jest proporcjonalna do prostopadłej siły wywieranej przez ciało na powierzchnię, po której się porusza, zwanej siłą normalną (faN). Współczynnik proporcjonalności nazywany jest współczynnikiem ułamka statycznego, który jest zwykle oznaczany grecką literą mu z indeksem dolnyms (µs). Relacja matematyczna to:
F_s=\mu_s F_N
Współczynnik ten zależy od właściwości dwóch stykających się ze sobą powierzchni. Został on zestawiony dla wielu różnych materiałów. Jeśli nie możesz znaleźćµs dla materiałów, których używasz, możesz to określić za pomocą prostego eksperymentu.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Aby znaleźć minimalny współczynnik tarcia statycznego między dwoma materiałami, zbuduj płaszczyznę pochyłą z jednego z materiałów i umieść na niej korpus wykonany z drugiego materiału. Zwiększaj kąt nachylenia, aż ciało zacznie się ślizgać. Tangens kąta to współczynnik tarcia.
Użyj pochyłej płaszczyzny
Prosty sposób na określenieµsjest umieszczenie przedmiotowego obiektu na pochyłej płaszczyźnie wykonanej z tego samego materiału, co badana powierzchnia. Stopniowo zwiększaj kąt nachylenia, aż obiekt zacznie się ślizgać. Zapisz ten kąt. Możesz od razu znaleźćµsponieważ jest równy tangensowi kąta. Dlatego:
Gdy podnosisz nachylenie, siła grawitacji działająca na ciało masowemima składnik poziomy i pionowy. Stosując prawo Newtona do każdego z nich tuż przed rozpoczęciem ruchu ciała, odkryjesz składnik poziomy (który działa wx-kierunek) byćfax = mamax. To samo dotyczytakkierunek:fatak = mamatak.
Przyspieszenie wx-kierunek,mamax, jest równa sile grawitacji, która jest równa masie razy przyspieszenie ziemskie (sol) razy sinus kąta (ø) utworzony w punkcie podparcia pochyłości. Ponieważ ciało się nie porusza, jest to równe przeciwnej sile tarcia statycznego i możesz napisać:
1. mg\sin{\theta}=F_s
tak-kierunkowy składnik siły,mamatak, jest równy cosinusowi kąta razy masa razy przyspieszenie grawitacyjne, a to musi być równe sile normalnej, ponieważ ciało się nie porusza,
2. F_N=mg\cos{\theta}
Zapamietaj tofas = µsfaN. Zamiennik dlafasw równaniu (1):
mg\sin{\theta}=\mu_s F_N
i użyj równości do równania (2), aby zastąpićfaN:
mg\sin{\theta}=\mu_s mg \cos{\theta}
Termin "mg" anuluje z obu stron:
\mu_s=\frac{\sin{\theta}}{\cos{\theta}}=\tan{\theta}