วัตถุส่วนใหญ่ไม่ได้ราบรื่นอย่างที่คุณคิด ในระดับจุลภาค แม้พื้นผิวเรียบที่เห็นได้ชัดก็คือภูมิประเทศของเนินเขาและหุบเขาเล็กๆ ที่เล็กเกินไป ให้เห็นจริงๆ แต่สร้างความแตกต่างอย่างมากในการคำนวณการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างการสัมผัสสองครั้ง two พื้นผิว
ความไม่สมบูรณ์เล็กๆ น้อยๆ เหล่านี้ในพื้นผิวประสานกัน ทำให้เกิดแรงเสียดทาน ซึ่งทำหน้าที่ใน ทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ใดๆ และต้องคำนวณหาแรงสุทธิบนวัตถุ
แรงเสียดทานมีหลายประเภท แต่ aแรงเสียดทานจลน์หรือเรียกอีกอย่างว่าแรงเสียดทานแบบเลื่อน, ในขณะที่แรงเสียดทานสถิตส่งผลต่อวัตถุก่อนมันเริ่มเคลื่อนไหวและแรงเสียดทานกลิ้งเกี่ยวข้องกับวัตถุกลิ้งเช่นล้อโดยเฉพาะ
เรียนรู้ความหมายของแรงเสียดทานจลน์ วิธีหาสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่เหมาะสมและวิธี and คำนวณจะบอกทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เพื่อจัดการกับปัญหาฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับแรงของ แรงเสียดทาน
คำจำกัดความของแรงเสียดทานจลน์
คำจำกัดความของแรงเสียดทานจลนศาสตร์ที่ตรงไปตรงมาที่สุดคือ: ความต้านทานต่อการเคลื่อนไหวที่เกิดจากการสัมผัสระหว่างพื้นผิวกับวัตถุที่เคลื่อนที่เข้าหามัน แรงเสียดสีจลนศาสตร์กระทำต่อต่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุ ดังนั้น หากคุณผลักบางสิ่งไปข้างหน้า แรงเสียดทานจะผลักสิ่งนั้นไปข้างหลัง
แรงนิยายจลนศาสตร์ใช้กับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่เท่านั้น (ด้วยเหตุนี้ "จลนศาสตร์") และเรียกอีกอย่างว่าแรงเสียดทานแบบเลื่อน นี่คือแรงที่ต่อต้านการเคลื่อนที่แบบเลื่อน (ดันกล่องข้ามพื้น) และมีความเฉพาะเจาะจงค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับแรงเสียดทานนี้และประเภทอื่นๆ (เช่น แรงเสียดทานจากการกลิ้ง)
แรงเสียดทานหลักอีกประเภทหนึ่งระหว่างของแข็งคือแรงเสียดทานสถิต และนี่คือความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ที่เกิดจากแรงเสียดทานระหว่าง aนิ่งวัตถุและพื้นผิวค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตโดยทั่วไปแล้วจะมากกว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลนศาสตร์ ซึ่งบ่งชี้ว่าแรงเสียดทานนั้นอ่อนกว่าสำหรับวัตถุที่เคลื่อนที่อยู่แล้ว
สมการแรงเสียดทานจลน์
แรงเสียดทานกำหนดได้ดีที่สุดโดยใช้สมการ แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับประเภทของแรงเสียดทานที่พิจารณาและขนาดของแรงตั้งฉากที่พื้นผิวกระทำต่อวัตถุ สำหรับแรงเสียดทานแบบเลื่อน แรงเสียดทานถูกกำหนดโดย:
F_k = μ_k F_n
ที่ไหนFk คือ แรงเสียดทานจลนศาสตร์μk คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานการเลื่อน (หรือแรงเสียดทานจลน์) และFน คือแรงตั้งฉาก เท่ากับน้ำหนักของวัตถุ หากปัญหาเกี่ยวข้องกับพื้นผิวแนวนอนและไม่มีแรงแนวตั้งอื่นกระทำการ (เช่นFน = มก.ที่ไหนมคือมวลของวัตถุและกคือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง) เนื่องจากแรงเสียดทานเป็นแรง หน่วยของแรงเสียดทานจึงเป็นนิวตัน (N) สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลนศาสตร์ไม่มีหน่วย
สมการของแรงเสียดทานสถิตนั้นโดยทั่วไปเหมือนกัน ยกเว้นค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีเลื่อนถูกแทนที่ด้วยสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตμส). ค่านี้เป็นค่าสูงสุดที่คิดว่าดีที่สุดเพราะมันจะเพิ่มขึ้นจนถึงจุดหนึ่ง จากนั้นหากคุณใช้แรงมากขึ้นกับวัตถุ วัตถุจะเริ่มเคลื่อนที่:
F_s \leq μ_s F_n
การคำนวณด้วยแรงเสียดทานจลน์
การหาแรงเสียดทานจลน์นั้นตรงไปตรงมาบนพื้นผิวแนวนอน แต่จะยากขึ้นเล็กน้อยบนพื้นผิวลาดเอียง ตัวอย่างเช่น นำบล็อกแก้วที่มีมวลเท่ากับม= 2 กก. ถูกผลักข้ามพื้นผิวกระจกแนวนอน𝜇k = 0.4. คุณสามารถคำนวณแรงเสียดทานจลนศาสตร์ได้อย่างง่ายดายโดยใช้ความสัมพันธ์Fน = มก.และสังเกตว่าก= 9.81 ม./วินาที2:
\begin{aligned} F_k &= μ_k F_n \\ &= μ_k mg \\ &= 0.4 × 2 \;\text{kg} × 9.81 \;\text{m/s}^2 \\ &= 7.85 \; \text{N} \end{จัดตำแหน่ง}
ตอนนี้ลองนึกภาพสถานการณ์เดียวกัน ยกเว้นพื้นผิวเอียง 20 องศาในแนวนอน แรงตั้งฉากขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของน้ำหนักของวัตถุตั้งฉากกับพื้นผิวซึ่งกำหนดโดยมก.คอส (θ) โดยที่θคือมุมเอียง สังเกตว่ามก.บาป (θ) บอกคุณถึงแรงโน้มถ่วงที่ดึงมันลงมาตามทางลาด
เมื่อบล็อกเคลื่อนที่ สิ่งนี้ให้:
\begin{aligned} F_k &= μ_k F_n \\ &= μ_k mg \; \cos (θ) \\ &= 0.4 × 2 \;\text{kg} × 9.81 \;\text{m/s}^2 × \cos (20°)\\ &= 7.37 \;\text{N } \end{จัดตำแหน่ง}
คุณยังสามารถคำนวณสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตได้ด้วยการทดลองง่ายๆ ลองนึกภาพคุณกำลังพยายามดันหรือดึงท่อนไม้ 5 กก. ข้ามคอนกรีต หากคุณบันทึกแรงที่ใช้ในช่วงเวลาที่แม่นยำที่กล่องเริ่มเคลื่อนที่ คุณสามารถจัดสมการแรงเสียดทานสถิตใหม่เพื่อหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่เหมาะสมสำหรับไม้และหิน หากใช้แรง 30 นิวตันในการเคลื่อนย้ายบล็อก ค่าสูงสุดของFส = 30 นิวตัน ดังนั้น:
F_s = μ_s F_n
จัดเรียงใหม่เป็น:
\begin{aligned} μ_s &= \frac{F_s}{F_n} \\ &= \frac{F_s}{mg} \\ &= \frac{30 \;\text{N}}{5 \;\text {kg}×9.81 \;\text{m/s}^2} \\ &= \frac{30 \;\text{N}}{49.05 \;\text{N}} \\ &= 0.61 \end {จัดตำแหน่ง}
สัมประสิทธิ์จะอยู่ที่ประมาณ 0.61