Тертя ковзання, яке частіше називають кінетичним тертям, - це сила, яка протистоїть руху ковзання двох поверхонь, що рухаються одна біля одної. На відміну від цього, статичне тертя - це вид сили тертя між двома поверхнями, які штовхаються одна проти одної, але не ковзають одна щодо одної. (Уявіть, що натискаєте на стілець, перш ніж він почне ковзати по підлозі. Силі, яку ви застосовуєте до початку ковзання, протистоїть статичне тертя.)
Тертя ковзання, як правило, передбачає менший опір, ніж тертя, тому часто доводиться натискати сильніше, щоб предмет почав ковзати, ніж тримати його ковзанням. Величина сили тертя прямо пропорційна величині нормальної сили. Нагадаємо, що нормальна сила - це сила, перпендикулярна поверхні, яка протидіє будь-яким іншим силам, що діють у цьому напрямку.
Константа пропорційності - це безмірна величина, яка називається коефіцієнтом тертя, і вона змінюється залежно від контактуючих поверхонь. (Значення цього коефіцієнта зазвичай шукають у таблицях.) Коефіцієнт тертя зазвичай представлений грецькою літерою
F_f = \ mu_kF_N
ДеFN- величина нормальної сили, одиниці знаходяться в ньютонах (N) і напрямок цієї сили протилежний напрямку руху.
Визначення тертя кочення
Опір коченню іноді називають тертям кочення, хоча це не зовсім сила тертя, оскільки воно не є результатом контакту двох поверхонь, що намагаються штовхнути одна об одну. Це сила опору, що виникає внаслідок втрат енергії внаслідок деформацій об’єкта, що котиться, і поверхні.
Однак, як і при силах тертя, величина сили опору коченню прямо пропорційна до величини нормальної сили, з константою пропорційності, яка залежить від поверхонь в контакт. Покиμріноді використовується для коефіцієнта, це частіше бачитиC.rr, складаючи рівняння величини опору коченню наступним:
F_r = C_ {rr} F_N
Ця сила діє протилежно напрямку руху.
Приклади тертя ковзання та опору коченню
Давайте розглянемо приклад тертя, що включає динамічний візок, знайдений у типовому кабінеті фізики, і порівняємо прискорення, з яким він рухається металевою доріжкою, нахиленою на 20 градусів для трьох різних сценарії:
Сценарій 1:На візок не діють сили тертя чи опору, коли він вільно котиться, не сповзаючи по колії.
Спочатку ми малюємо схему вільного тіла. Сила тяжіння, спрямована прямо вниз, і нормальна сила, спрямована перпендикулярно до поверхні, є єдиними діючими силами.
Рівняння чистої сили:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Безпосередньо ми можемо розв’язати перше рівняння прискорення та підключити значення, щоб отримати відповідь:
F_g \ sin {\ theta} = ma \\ \ має на увазі mg \ sin (\ theta) = ma \\ \ передбачає a = g \ sin (\ theta) = 9,8 \ sin (20) = \ в коробці {3.35 \ text { м / с} ^ 2}
Сценарій 2:Опір коченню діє на візок, коли він вільно котиться, не сповзаючи по колії.
Тут ми припустимо коефіцієнт опору коченню 0,0065, який базується на прикладі, наведеному в a папір від Військово-морської академії США.
Тепер наша схема вільного тіла включає опір коченню, що діє вгору по колії. Наші рівняння чистої сили стають:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_r = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
З другого рівняння ми можемо розв’язати дляFN, підключіть результат до виразу для тертя у першому рівнянні та розв’яжіть дляа:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ означає F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) -C_ {rr} F_N = F_g \ sin (\ theta) -C_ {rr} F_g \ cos (\ theta) = ma \\ \ означає \ скасувати mg \ sin (\ theta) -C_ {rr} \ скасувати mg \ cos (\ theta) = \ скасувати ma \\ \ означає a = g (\ sin (\ theta) -C_ {rr} \ cos (\ theta) ) = 9,8 (\ sin (20) -0,0065 \ cos (20)) \\ = \ упакований {3,29 \ text {м / с} ^ 2}
Сценарій 3:Колеса візка зафіксовані на своєму місці, і він ковзає по колії, перешкоджаючи кінетичному тертю.
Тут ми використаємо коефіцієнт кінетичного тертя 0,2, який знаходиться в середині діапазону значень, як правило, перерахованих для пластику на металі.
Наша схема вільного тіла виглядає дуже схожою на випадок опору коченню, за винятком того, що це сила тертя ковзання, що діє вгору по рампі. Наші рівняння чистої сили стають:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_k = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
І знову вирішуємо дляаподібним чином:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ означає F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_N = F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_g \ cos (\ theta ) = ma \\ \ означає \ скасувати mg \ sin (\ theta) - \ mu_k \ скасувати mg \ cos (\ theta) = \ скасувати ma \\ \ має на увазі a = g (\ sin (\ theta) - \ mu_k \ cos (\ theta)) = 9,8 ( \ sin (20) -0,2 \ cos (20)) \\ = \ в коробці {1,51 \ text {м / с} ^ 2}
Зауважте, що прискорення з опором коченню дуже близьке до корпусу без тертя, тоді як корпус тертя ковзання значно відрізняється. Ось чому опором коченню в більшості ситуацій нехтують і тому колесо було геніальним винаходом!