Большинство объектов не такие гладкие, как вы думаете. На микроскопическом уровне даже кажущиеся гладкими поверхности на самом деле представляют собой ландшафт крошечных холмов и долин, слишком маленьких действительно видеть, но имеет огромное значение, когда дело доходит до расчета относительного движения между двумя контактирующими поверхности.
Эти крошечные дефекты поверхностей сцепляются друг с другом, вызывая силу трения, которая действует в направление, противоположное любому движению, и должно быть рассчитано для определения чистой силы, действующей на объект.
Есть несколько разных типов трения, нокинетическое трениеиначе известен кактрение скольжения, покастатическое трениевлияет на объектпередон начинает двигаться итрение каченияв частности, относится к катящимся объектам, таким как колеса.
Изучение того, что означает кинетическое трение, как найти подходящий коэффициент трения и как вычислить, он расскажет вам все, что вам нужно знать, чтобы решить физические проблемы, связанные с силой трение.
Определение кинетического трения
Наиболее прямое определение кинетического трения: сопротивление движению, вызванное контактом между поверхностью и движущимся по ней объектом. Сила кинетического трения действует напротивостоятьдвижение объекта, поэтому, если вы толкаете что-то вперед, трение толкает его назад.
Кинетическая фиктивная сила применяется только к движущемуся объекту (отсюда «кинетический») и иначе известна как трение скольжения. Это сила, которая препятствует скольжению (толканию коробки по половицам), и существуют определенныекоэффициенты трениядля этого и других видов трения (например, трения качения).
Другой основной тип трения между твердыми телами - это трение покоя, и это сопротивление движению, вызванное трением между телами.по-прежнемуобъект и поверхность. Вкоэффициент статического тренияобычно больше, чем коэффициент кинетического трения, что указывает на то, что сила трения слабее для объектов, которые уже находятся в движении.
Уравнение кинетического трения.
Силу трения лучше всего определить с помощью уравнения. Сила трения зависит от коэффициента трения для рассматриваемого типа трения и величины нормальной силы, которую поверхность оказывает на объект. Для трения скольжения сила трения определяется по формуле:
F_k = μ_k F_n
ГдеFk - сила кинетического трения,μk - коэффициент трения скольжения (или кинетического трения) иFп - нормальная сила, равная весу объекта, если проблема связана с горизонтальной поверхностью и никакие другие вертикальные силы не действуют (т. е.Fп = мг, гдеммасса объекта играмм- ускорение свободного падения). Поскольку трение - это сила, единицей силы трения является ньютон (Н). Коэффициент кинетического трения безразмерен.
Уравнение для статического трения в основном такое же, за исключением того, что коэффициент трения скольжения заменяется коэффициентом статического трения (μs). Это действительно лучше всего рассматривать как максимальное значение, потому что оно увеличивается до определенной точки, а затем, если вы приложите больше силы к объекту, он начнет двигаться:
F_s \ leq μ_s F_n
Расчеты с кинетическим трением
Расчет кинетической силы трения несложен на горизонтальной поверхности, но немного сложнее на наклонной поверхности. Например, возьмем стеклянный блок массойм= 2 кг при перемещении по горизонтальной стеклянной поверхности,𝜇k = 0,4. Вы можете легко вычислить кинетическую силу трения, используя соотношениеFп = мги отмечая, чтограмм= 9,81 м / с2:
\ begin {align} F_k & = μ_k F_n \\ & = μ_k mg \\ & = 0,4 × 2 \; \ text {кг} × 9,81 \; \ text {м / с} ^ 2 \\ & = 7,85 \; \ text {N} \ end {выровнено}
Теперь представьте ту же ситуацию, за исключением того, что поверхность наклонена под углом 20 градусов к горизонтали. Нормальная сила зависит от составляющеймассаобъекта, направленного перпендикулярно поверхности, что определяется выражениеммгcos (θ), гдеθугол наклона. Обратите внимание, чтомггрех (θ) сообщает вам силу тяжести, тянущую его вниз по склону.
Когда блок находится в движении, это дает:
\ begin {align} F_k & = μ_k F_n \\ & = μ_k mg \; \ cos (θ) \\ & = 0,4 × 2 \; \ text {кг} × 9,81 \; \ text {м / с} ^ 2 × \ cos (20 °) \\ & = 7,37 \; \ text {N } \ end {выровнен}
Вы также можете рассчитать коэффициент статического трения с помощью простого эксперимента. Представьте, что вы пытаетесь толкать или тянуть 5-килограммовый деревянный брусок по бетону. Если вы записываете приложенную силу в тот момент, когда коробка начинает двигаться, вы можете изменить уравнение статического трения, чтобы найти подходящий коэффициент трения для дерева и камня. Если для перемещения блока требуется усилие 30 Н, то максимальноеFs = 30 Н, поэтому:
F_s = μ_s F_n
Перестраивает на:
\ begin {align} μ_s & = \ frac {F_s} {F_n} \\ & = \ frac {F_s} {mg} \\ & = \ frac {30 \; \ text {N}} {5 \; \ text {кг} × 9,81 \; \ text {м / с} ^ 2} \\ & = \ frac {30 \; \ text {N}} {49,05 \; \ text {N}} \\ & = 0,61 \ end {выровнено}
Таким образом, коэффициент составляет около 0,61.