Glidande friktion: definition, koefficient, formel (med exempel)

Glidfriktion, oftare kallad kinetisk friktion, är en kraft som motsätter sig glidrörelsen hos två ytor som rör sig förbi varandra. Däremot är statisk friktion en typ av friktionskraft mellan två ytor som skjuter mot varandra men inte glider relativt varandra. (Tänk dig att trycka på en stol innan den börjar glida över golvet. Kraften du tillämpar innan gliden börjar motverkas av statisk friktion.)

Glidningsfriktion innebär vanligtvis mindre motstånd än statisk friktion, varför du ofta måste trycka hårdare för att få ett objekt att börja glida än att hålla det glidande. Friktionskraftens storlek är direkt proportionell mot den normala kraftens storlek. Kom ihåg att den normala kraften är den kraft som är vinkelrät mot ytan som motverkar andra krafter som appliceras i den riktningen.

Proportionalitetskonstanten är en enhetslös kvantitet som kallas friktionskoefficienten, och den varierar beroende på ytorna i kontakt. (Värden för denna koefficient slås vanligtvis upp i tabeller.) Friktionskoefficienten representeras vanligtvis av den grekiska bokstaven.

VarF_När den normala kraftens storlek, enheterna är i newton (N) och riktningen för denna kraft är motsatt rörelseriktningen.

Rullmotstånd kallas ibland rullande friktion, även om det inte exakt är en friktionskraft eftersom det inte är resultatet av att två ytor i kontakt försöker trycka mot varandra. Det är en resistiv kraft som härrör från energiförlust på grund av deformationer av det rullande föremålet och ytan.

Precis som med friktionskrafter är storleken på rullmotståndskraften direkt proportionell till storleken på den normala kraften, med en konstant proportionalitet som beror på ytorna i Kontakt. Medanμ_ranvänds ibland för koefficienten, är det vanligare att seC_rrvilket gör ekvationen för rullande motståndsstorlek följande:

Denna kraft verkar motsatt rörelseriktningen.

Låt oss överväga ett friktionsexempel som involverar en dynamikvagn som finns i ett typiskt fysikklassrum och jämför accelerationen med vilken den färdas nerför ett metallspår lutat vid 20 grader för tre olika scenarier:

​Scenario 1:Det finns ingen friktion eller motståndskrafter som verkar på vagnen eftersom den rullar fritt utan att glida ner på banan.

Först ritar vi frikroppsdiagrammet. Tyngdkraften som pekar rakt ner och den normala kraften som pekar vinkelrätt mot ytan är de enda krafterna som verkar.

Nettokraftekvationerna är:

Strax bort kan vi lösa den första ekvationen för acceleration och koppla in värden för att få svaret:

​Scenario 2:Rullmotstånd verkar på vagnen eftersom den rullar fritt utan att glida ner på banan.

Här antar vi en rullmotståndskoefficient på 0,0065, som baseras på ett exempel som finns i a papper från US Naval Academy.

Nu inkluderar vårt fria kroppsdiagram rullmotstånd som verkar upp spåret. Våra nettokraftekvationer blir:

Från den andra ekvationen kan vi lösa förF_N, koppla in resultatet i friktionsuttrycket i den första ekvationen och lösa föra​:

​Scenario 3:Vagnens hjul är låsta på plats och glider ner på banan, hindras av kinetisk friktion.

Här kommer vi att använda en kinetisk friktionskoefficient på 0,2, som ligger i mitten av det värdeområde som vanligtvis anges för plast på metall.

Vårt frikroppsdiagram ser väldigt ut som rullmotståndet, förutom att det är en glidande friktionskraft som verkar uppför rampen. Våra nettokraftekvationer blir:

Och igen löser vi förapå liknande sätt:

Observera att accelerationen med rullmotstånd ligger mycket nära det friktionsfria fallet, medan det glidande friktionsfallet är väsentligt annorlunda. Det är därför rullmotståndet försummas i de flesta situationer och varför hjulet var en lysande uppfinning!