Поверхности создают силу трения, которая сопротивляется скользящим движениям, и вам необходимо рассчитать размер этой силы как часть многих физических задач. Величина трения в основном зависит от «нормальной силы», которую поверхности оказывают на предметы, сидящие на них, а также от характеристик конкретной поверхности, которую вы рассматриваете. Для большинства целей вы можете использовать формулу:
для расчета трения, сNозначает «нормальную» силу и «μ”С учетом характеристик поверхности.
Трение описывает силу между двумя поверхностями, когда вы пытаетесь переместить одну через другую. Сила сопротивляется движению, и в большинстве случаев сила действует в направлении, противоположном движению. На молекулярном уровне, когда вы прижимаете две поверхности друг к другу, на каждой из них появляются незначительные дефекты. поверхность может блокироваться, и могут существовать силы притяжения между молекулами одного материала и другой. Эти факторы затрудняют их обход друг друга. Однако вы не работаете на этом уровне, когда вычисляете силу трения. В повседневных ситуациях физики объединяют все эти факторы в «коэффициент».
μ.«Нормальная» сила описывает силу, которую поверхность, на которую опирается объект (или на которую прижимается), оказывает на объект. Для неподвижного объекта на плоской поверхности сила должна точно противодействовать силе гравитации, иначе объект будет двигаться в соответствии с законами движения Ньютона. «Нормальная» сила (N) - название силы, которая это делает.
Он всегда действует перпендикулярно поверхности. Это означает, что на наклонной поверхности нормальная сила по-прежнему будет направлена прямо от поверхности, в то время как сила тяжести будет направлена прямо вниз.
Нормальную силу в большинстве случаев можно просто описать следующим образом:
N = мг
Здесь,мпредставляет собой массу объекта, аграммобозначает ускорение свободного падения, которое составляет 9,8 метра в секунду в секунду (м / с2) или чистых выигрышей за килограмм (Н / кг). Это просто соответствует «весу» объекта.
Для наклонных поверхностей сила нормальной силы уменьшается с увеличением наклона поверхности, поэтому формула принимает следующий вид:
N = mg \ cos {\ theta}
С участиемθобозначает угол, к которому наклонена поверхность.
В качестве простого примера расчета рассмотрим плоскую поверхность с лежащим на ней деревянным бруском весом 2 кг. Нормальная сила будет направлена прямо вверх (чтобы выдержать вес блока), и вы должны рассчитать:
N = 2 \ times 9,8 = 19,6 \ text {N}
Коэффициент зависит от объекта и конкретной ситуации, с которой вы работаете. Если объект еще не движется по поверхности, вы используете коэффициент статического тренияμстатический, но если он движется, вы используете коэффициент трения скольженияμгорка.
Как правило, коэффициент трения скольжения меньше, чем коэффициент трения покоя. Другими словами, легче сдвинуть то, что уже скользит, чем сдвинуть то, что неподвижно.
Материалы, которые вы рассматриваете, также влияют на коэффициент. Например, если ранее деревянный брусок находился на кирпичной поверхности, коэффициент был бы 0,6, но для чистой древесины он может быть от 0,25 до 0,5. Для льда на льду статический коэффициент равен 0,1. Опять же, коэффициент скольжения снижает его еще больше: до 0,03 для льда на льду и 0,2 для дерева на льду. древесина. Найдите их для своей поверхности с помощью онлайн-таблицы (см. Ресурсы).
Формула силы трения гласит:
F = \ mu N
В качестве примера рассмотрим деревянный брус массой 2 кг на деревянном столе, который толкают с места. В этом случае вы используете статический коэффициент, при этомμстатический = От 0,25 до 0,5 для дерева. Принимаяμстатический = 0,5, чтобы максимизировать потенциальный эффект трения, и учитываяN = 19,6 Н ранее, сила равна:
F = 0,5 \ times19,6 = 9,8 \ текст {N}
Помните, что трение дает силу только для сопротивления движению, поэтому, если вы начнете толкать его осторожно и получите чем жестче, сила трения увеличится до максимального значения, которое вы только что рассчитали. Иногда физики пишутFМаксимум чтобы прояснить этот момент.
Когда блок движется, вы используетеμгорка = 0,2, в данном случае:
F_ {слайд} = \ mu_ {слайд} N = 0,2 \ раз 19,6 = 3,92 \ текст {N}