Majoritatea obiectelor nu sunt la fel de netede pe cât crezi. La nivel microscopic, chiar și suprafețele aparent netede sunt într-adevăr un peisaj de dealuri și văi mici, prea mici pentru a vedea cu adevărat, dar făcând o diferență uriașă atunci când vine vorba de calcularea mișcării relative între doi contactați suprafete.
Aceste mici imperfecțiuni ale suprafețelor se interconectează, dând naștere forței de frecare, care acționează în interior direcția opusă oricărei mișcări și trebuie calculată pentru a determina forța netă asupra obiectului.
Există câteva tipuri diferite de frecare, darfricțiune cineticăeste altfel cunoscut sub numele defrecare culisantă, in timp cefrecare staticăafectează obiectulinainte deîncepe să se miște șifrecare de rularese referă în mod specific la obiectele rulante precum roțile.
Aflați ce înseamnă frecare cinetică, cum să găsiți coeficientul adecvat de frecare și cum să calculați-l vă spune tot ce trebuie să știți pentru a aborda problemele fizice care implică forța lui frecare.
Definiția Kinetic Friction
Cea mai simplă definiție de frecare cinetică este: rezistența la mișcare cauzată de contactul dintre o suprafață și obiectul care se mișcă împotriva acesteia. Forța de frecare cinetică acționează laopunemișcarea obiectului, deci dacă împingeți ceva înainte, fricțiunea îl împinge înapoi.
Forța de ficțiune cinetică se aplică numai unui obiect care se mișcă (deci „cinetic”) și este altfel cunoscut sub numele de frecare glisantă. Aceasta este forța care se opune mișcării de alunecare (împingerea unei cutii peste scânduri), și există anumitecoeficienții de frecarepentru aceasta și alte tipuri de frecare (cum ar fi frecare de rulare).
Celălalt tip major de frecare dintre solide este frecarea statică și aceasta este rezistența la mișcare cauzată de fricțiunea dintreîncăobiect și o suprafață.coeficientul de frecare staticeste în general mai mare decât coeficientul de frecare cinetică, indicând faptul că forța de frecare este mai slabă pentru obiectele care sunt deja în mișcare.
Ecuație pentru frecare cinetică
Forța de frecare este definită cel mai bine folosind o ecuație. Forța de frecare depinde de coeficientul de frecare pentru tipul de frecare luat în considerare și de magnitudinea forței normale pe care suprafața o exercită asupra obiectului. Pentru fricțiunea glisantă, forța de frecare este dată de:
F_k = μ_k F_n
UndeFk este forța fricțiunii cinetice,μk este coeficientul de frecare glisantă (sau frecare cinetică) șiFn este forța normală, egală cu greutatea obiectului dacă problema implică o suprafață orizontală și nu acționează alte forțe verticale (adicăFn = mg, Undemeste masa obiectului șigeste accelerația datorată gravitației). Deoarece frecarea este o forță, unitatea forței de frecare este newtonul (N). Coeficientul de frecare cinetică este fără unitate.
Ecuația pentru frecare statică este practic aceeași, cu excepția faptului că coeficientul de frecare glisant este înlocuit cu coeficientul de frecare static (μs). Acest lucru este cel mai bine gândit ca o valoare maximă, deoarece crește până la un anumit punct și apoi, dacă aplicați mai multă forță obiectului, acesta va începe să se miște:
F_s \ leq μ_s F_n
Calcule cu frecare cinetică
Lucrarea forței de frecare cinetică este simplă pe o suprafață orizontală, dar puțin mai dificilă pe o suprafață înclinată. De exemplu, luați un bloc de sticlă cu o masă dem= 2 kg, fiind împins pe o suprafață de sticlă orizontală,𝜇k = 0,4. Puteți calcula cu ușurință forța de frecare cinetică folosind relațiaFn = mgși observând căg= 9,81 m / s2:
\ begin {align} F_k & = μ_k F_n \\ & = μ_k mg \\ & = 0.4 × 2 \; \ text {kg} × 9.81 \; \ text {m / s} ^ 2 \\ & = 7.85 \; \ text {N} \ end {align}
Acum imaginați-vă aceeași situație, cu excepția suprafeței înclinate la 20 de grade față de orizontală. Forța normală este dependentă de componentagreutatea obiectului îndreptat perpendicular pe suprafață, care este dat demgcos (θ), Undeθeste unghiul înclinării. Rețineți cămgpăcat (θ) îți spune forța gravitației care o trage în jos pe înclinație.
Cu blocul în mișcare, acest lucru oferă:
\ begin {align} F_k & = μ_k F_n \\ & = μ_k mg \; \ cos (θ) \\ & = 0.4 × 2 \; \ text {kg} × 9.81 \; \ text {m / s} ^ 2 × \ cos (20 °) \\ & = 7.37 \; \ text {N } \ end {align}
De asemenea, puteți calcula coeficientul de frecare statică cu un experiment simplu. Imaginați-vă că încercați să începeți să împingeți sau să trageți un bloc de lemn de 5 kg peste beton. Dacă înregistrați forța aplicată în momentul precis în care cutia începe să se miște, puteți rearanja ecuația de frecare statică pentru a găsi coeficientul de frecare adecvat pentru lemn și piatră. Dacă este nevoie de 30 N de forță pentru a muta blocul, atunci maximul pentruFs = 30 N, deci:
F_s = μ_s F_n
Reorganizează să:
\ begin {align} μ_s & = \ frac {F_s} {F_n} \\ & = \ frac {F_s} {mg} \\ & = \ frac {30 \; \ text {N}} {5 \; \ text {kg} × 9,81 \; \ text {m / s} ^ 2} \\ & = \ frac {30 \; \ text {N}} {49,05 \; \ text {N}} \\ & = 0,61 \ end {aliniat}
Deci coeficientul este în jur de 0,61.