Suprafețele exercită o forță de frecare care rezistă mișcărilor de alunecare și trebuie să calculați dimensiunea acestei forțe ca parte a multor probleme fizice. Cantitatea de frecare depinde în principal de „forța normală”, pe care suprafețele o exercită asupra obiectelor așezate pe ele, precum și de caracteristicile suprafeței specifice pe care o luați în considerare. În majoritatea scopurilor, puteți utiliza formula:
a calcula frecarea, cuNreprezentând forța „normală” și „μ”Încorporând caracteristicile suprafeței.
Fricțiunea descrie forța dintre două suprafețe atunci când încercați să vă deplasați una peste cealaltă. Forța rezistă mișcării și, în majoritatea cazurilor, forța acționează în direcția opusă mișcării. Jos la nivel molecular, când apăsați două suprafețe împreună, imperfecțiuni minore în fiecare suprafața se poate interconecta și pot exista forțe de atracție între moleculele unui material și celălalt. Acești factori îngreunează deplasarea lor unul lângă celălalt. Totuși, nu lucrați la acest nivel atunci când calculați forța de frecare. Pentru situațiile de zi cu zi, fizicienii grupează toți acești factori împreună în „coeficient”
μ.Forța „normală” descrie forța pe care suprafața pe care se sprijină un obiect (sau pe care este apăsat) o exercită asupra obiectului. Pentru un obiect nemișcat pe o suprafață plană, forța trebuie să se opună exact forței datorate gravitației, altfel obiectul s-ar mișca, conform legilor de mișcare ale lui Newton. Forța „normală” (N) este numele forței care face acest lucru.
Acționează întotdeauna perpendicular pe suprafață. Aceasta înseamnă că pe o suprafață înclinată, forța normală ar fi îndreptată în continuare direct departe de suprafață, în timp ce forța gravitațională ar indica direct în jos.
Forța normală poate fi descrisă pur și simplu în majoritatea cazurilor prin:
N = mg
Aici,mreprezintă masa obiectului șigreprezintă accelerația datorată gravitației, care este de 9,8 metri pe secundă pe secundă (m / s2), sau netwons pe kilogram (N / kg). Aceasta se potrivește pur și simplu cu „greutatea” obiectului.
Pentru suprafețele înclinate, forța forței normale este redusă cu cât suprafața este mai înclinată, astfel formula devine:
N = mg \ cos {\ theta}
Cuθîn picioare pentru unghiul spre care este înclinată suprafața.
Pentru un exemplu simplu de calcul, luați în considerare o suprafață plană cu un bloc de lemn de 2 kg așezat pe ea. Forța normală ar fi îndreptată direct în sus (pentru a susține greutatea blocului) și ați calcula:
N = 2 \ ori 9,8 = 19,6 \ text {N}
Coeficientul depinde de obiect și de situația specifică cu care lucrați. Dacă obiectul nu se mișcă deja pe suprafață, utilizați coeficientul de frecare staticăμstatic, dar dacă este în mișcare, utilizați coeficientul de frecare glisantăμalunecare.
În general, coeficientul de frecare alunecare este mai mic decât coeficientul de frecare static. Cu alte cuvinte, este mai ușor să glisați ceva care alunecă deja decât să glisați ceva care este încă.
Materialele pe care le luați în considerare afectează și coeficientul. De exemplu, dacă blocul de lemn de mai devreme ar fi pe o suprafață de cărămidă, coeficientul ar fi de 0,6, dar pentru lemnul curat poate fi de la 0,25 la 0,5. Pentru gheața pe gheață, coeficientul static este 0,1. Din nou, coeficientul de alunecare reduce acest lucru și mai mult, la 0,03 pentru gheață pe gheață și 0,2 pentru lemn pe lemn. Căutați aceste suprafețe folosind un tabel online (consultați Resurse).
Formula pentru forța de frecare prevede:
F = \ mu N
Pentru exemplu, luați în considerare un bloc de lemn cu masa de 2 kg pe o masă de lemn, fiind împins de la staționar. În acest caz, utilizați coeficientul static, cuμstatic = 0,25 până la 0,5 pentru lemn. Luândμstatic = 0,5 pentru a maximiza efectul potențial al fricțiunii și amintireaN = 19,6 N față de anterior, forța este:
F = 0,5 \ times19,6 = 9,8 \ text {N}
Amintiți-vă că fricțiunea oferă doar forță pentru a rezista mișcării, deci dacă începeți să o împingeți ușor și obțineți mai fermă, forța de frecare va crește până la o valoare maximă, ceea ce tocmai ați calculat. Fizicienii scriu uneoriFmax pentru a clarifica acest punct.
Odată ce blocul se mișcă, îl utilizațiμalunecare = 0,2, în acest caz:
F_ {slide} = \ mu_ {slide} N = 0,2 \ ori 19,6 = 3,92 \ text {N}