Statisk friktion: definition, koefficient och ekvation (med exempel)

Statisk friktion är en kraft som måste varabetagenför att något ska komma igång. Till exempel kan någon trycka på ett stillastående föremål som en tung soffa utan att den rör sig. Men om de trycker hårdare eller tar emot en stark väns hjälp kommer det att övervinna friktionskraften och röra sig.

Medan soffan är still, denkraften av statisk friktion balanserar tryckets applicerade kraft. Därför,kraften för statisk friktion ökar linjärt med den applicerade kraften som verkar i motsatt riktningtills det når ett maximalt värde och objektet bara börjar röra sig. Därefter upplever objektet inte längre motstånd från statisk friktion, utan från kinetisk friktion.

Den statiska friktionen är vanligtvis en större friktionskraft än kinetisk friktion - det är svårare att börja skjuta en soffa längs golvet än att hålla den igång.

Statisk friktion härrör från molekylära interaktioner mellan objektet och ytan det är på. Således ger olika ytor olika mängder statisk friktion.

Friktionskoefficienten som beskriver denna skillnad i statisk friktion för olika ytor ärμ_s.Den finns i en tabell, som den som är länkad till den här artikeln, eller beräknas experimentellt.

Var:

• ​F_s= kraft av statisk friktion i newton (N)
• ​μ_s = koefficient för statisk friktion (inga enheter)
  
• ​F_N = normal kraft mellan ytorna i newton (N)

Maximal statisk friktion uppnås när ojämlikheten blir en jämlikhet, vid vilken tidpunkt en annan friktionskraft tar över när objektet börjar röra sig. (Kraften hos kinetisk eller glidande friktion har en annan koefficient associerad med den kallad kinetisk friktionskoefficient och betecknadμ_k .)​

Ett barn försöker trycka en 10 kg gummilåda horisontellt längs ett gummigolv. Den statiska friktionskoefficienten är 1,16. Vilken är den maximala kraften som barnet kan användautanlådan rör sig alls?

[infoga ett frikroppsdiagram som visar de applicerade, friktionella, gravitationella och normala krafterna på stillboxen]

Observera först att nettokraften är 0 och hitta ytans normala kraft på lådan. Eftersom lådan inte rör sig måste denna kraft vara lika stor som gravitationskraften som verkar i motsatt riktning. Minnas detF_g = mgvarF_gär tyngdkraften,mär massan av objektet ochgär accelerationen på grund av gravitationen på jorden.

Så:

Lös sedan för F_s med ekvationen ovan:

Detta är den maximala statiska friktionskraften som kommer att motsätta sig lådans rörelse. Därför är det också den maximala kraft som barnet kan använda utan att lådan rör sig.

Observera att så länge barnet använder någon kraftmindre än det maximala värdet för statisk friktion, lådan rör sig fortfarande inte!

Statisk friktion motsätter sig inte bara tillämpade krafter. Det hindrar föremål från att glida nerför kullar eller andra lutande ytor och motstå dragning från gravitationen.

I en vinkel gäller samma ekvation men trigonometri behövs för att lösa kraftvektorerna i deras horisontella och vertikala komponenter.

Tänk på en bok på 2 kg som vilar på ett lutande plan i 20 grader. För att boken ska förbli stillkrafter parallellt med det lutande planet måste balanseras. Som diagrammet visar är kraften för statisk friktion parallell med planet uppåt; den motsatta nedåtgående kraften kommer från tyngdkraften - i detta fall dockendast den horisontella komponenten av gravitationskraftenbalanserar statisk friktion.

Genom att dra en höger triangel från tyngdkraften för att lösa dess komponenter och göra en liten geometri för att finna att vinkeln i denna triangel är lika med lutningsvinkeln för planet, deden horisontella komponenten av gravitationskraften(komponenten parallellt med planet) är då:

Detta måste vara lika med kraften av statisk friktion som håller boken på plats.

Ett annat värde som är möjligt att hitta i denna analys är koefficienten för statisk friktion. Den normala kraften ärvinkelrättill ytan som boken vilar på. Så den här kraften måste varabalanserad med den vertikala komponententyngdkraftens kraft:

Omorganisera sedan ekvationen för statisk friktion: