Hur man beräknar friktionskraften

Ytor utövar en friktionskraft som motstår glidrörelser, och du måste beräkna storleken på denna kraft som en del av många fysikproblem. Mängden friktion beror främst på den "normala kraften", vilka ytor som utövar på föremålen som sitter på dem, samt egenskaperna hos den specifika ytan du överväger. För de flesta ändamål kan du använda formeln:

för att beräkna friktion, medNstår för den "normala" kraften och "μ”Som innehåller ytans egenskaper.

Friktion beskriver kraften mellan två ytor när du försöker flytta över varandra. Kraften motstår rörelse och i de flesta fall verkar kraften i motsatt riktning till rörelsen. Ner på molekylär nivå, när du pressar ihop två ytor, mindre brister i vardera ytan kan låsas samman, och det kan finnas attraktiva krafter mellan molekylerna i ett material och den andra. Dessa faktorer gör det svårare att flytta dem förbi varandra. Du arbetar dock inte på denna nivå när du beräknar friktionskraften. För vardagliga situationer grupperar fysiker alla dessa faktorer i "koefficienten"μ.

Den "normala" kraften beskriver den kraft som ytan som ett objekt vilar på (eller pressas på) utövar på objektet. För ett stillastående föremål på en plan yta måste kraften exakt motsätta kraften på grund av tyngdkraften, annars skulle objektet röra sig enligt Newtons rörelselagar. Den "normala" kraften (N) är namnet på den kraft som gör detta.

Det verkar alltid vinkelrätt mot ytan. Detta innebär att på en lutande yta skulle den normala kraften fortfarande peka direkt bort från ytan, medan tyngdkraften skulle peka direkt nedåt.

Den normala kraften kan enkelt beskrivas i de flesta fall av:

N = mg

Här,mrepresenterar objektets massa ochgstår för accelerationen på grund av tyngdkraften, som är 9,8 meter per sekund per sekund (m / s2) eller nät per kilogram (N / kg). Detta matchar helt enkelt objektets ”vikt”.

För lutande ytor reduceras den normala kraftens styrka ju mer ytan lutar, så formeln blir:

N = mg \ cos {\ theta}

Medθstår för vinkeln ytan lutar till.

För en enkel beräkning kan du överväga en plan yta med ett 2 kg träblock på. Den normala kraften skulle peka direkt uppåt (för att stödja vikten på blocket), och du skulle beräkna:

N = 2 \ gånger 9.8 = 19.6 \ text {N}

Koefficienten beror på objektet och den specifika situation du arbetar med. Om objektet inte redan rör sig över ytan använder du koefficienten för statisk friktionμstatisk, men om den rör sig använder du glidfriktionskoefficientenμglida.

Generellt är koefficienten för glidfriktion mindre än koefficienten för statisk friktion. Med andra ord är det lättare att skjuta något som redan glider än att skjuta något som fortfarande är still.

Materialet du överväger påverkar också koefficienten. Till exempel, om träblocket från tidigare var på en tegelyta, skulle koefficienten vara 0,6, men för rent trä kan det vara allt från 0,25 till 0,5. För is på is är den statiska koefficienten 0,1. Återigen minskar glidkoefficienten detta ännu mer, till 0,03 för is på is och 0,2 för ved på trä. Leta upp dessa efter din yta med hjälp av en onlinetabell (se Resurser).

Formeln för friktionskraften säger:

F = \ mu N

Tänk till exempel på ett träblock med en vikt på 2 kg på ett träbord, som skjuts från stillastående. I det här fallet använder du den statiska koefficienten, medμstatisk = 0,25 till 0,5 för trä. Tarμstatisk = 0,5 för att maximera den potentiella effekten av friktion, och komma ihågN = 19,6 N från tidigare är kraften:

F = 0,5 \ gånger19,6 = 9,8 \ text {N}

Kom ihåg att friktion bara ger kraft för att motstå rörelse, så om du börjar skjuta den försiktigt och få fastare kommer friktionskraften att öka till ett maximalt värde, vilket är vad du just har beräknat. Fysiker skriver iblandFmax för att klargöra denna punkt.

När blocket rör sig använder du detμglida = 0,2, i detta fall:

F_ {slide} = \ mu_ {slide} N = 0.2 \ gånger 19.6 = 3.92 \ text {N}

  • Dela med sig
instagram viewer