Sadržaj
Površine vrše silu trenja koja se odupire kliznim pokretima i morate izračunati veličinu ove sile kao dio mnogih fizičkih problema. Količina trenja uglavnom ovisi o „normalnoj sili“ koju površine djeluju na objekte koji sjede na njima, kao i karakteristikama određene površine o kojoj razmišljate. U većini svrha možete koristiti formulu F = μN izračunati trenje, s N zalažući se za "normalnu" silu i "μ"Koji sadrže karakteristike površine.
TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
Izračunajte silu trenja pomoću formule:
F = μN
Gdje N je normalna sila i μ je koeficijent trenja za vaše materijale i jesu li oni nepomični ili se kreću. Normalna sila jednaka je težini predmeta, tako da se i ovo može napisati:
F = μmg
Gdje m je masa predmeta i g je ubrzanje zbog gravitacije. Trenje djeluje protivno kretanju objekta.
Što je trenje?
Trenje opisuje silu između dviju površina kada pokušavate prijeći jednu preko druge. Sila odolijeva gibanju, a u većini slučajeva sila djeluje u suprotnom smjeru od gibanja. Dole, na molekularnoj razini, kada zajedno pritisnete dvije površine, manje nesavršenosti na svakoj površini mogu se ispreplesti, a između molekula jednog i drugog materijala mogu biti privlačne sile. Ovi čimbenici otežavaju njihovo pomicanje jedni protiv drugih. Ipak, ne radite na ovoj razini kada izračunavate silu trenja. Za svakodnevne situacije, fizičari sve te faktore grupiraju u “koeficijent” μ.
Izračunavanje sile trenja
"Normalna" sila opisuje silu koju površina na kojoj objekt počiva (ili pritisne na njega) djeluje na objekt. Za nepokretni objekt na ravnoj površini, sila se mora upravo suprotstaviti sili zbog gravitacije, inače bi se objekt kretao, u skladu s Newtonovim zakonima kretanja. "Normalna" sila (N) naziv je za silu koja to čini.
Uvijek djeluje okomito na površinu. To znači da bi na nagnutoj površini normalna sila i dalje bila usmjerena izravno od površine, dok bi sila gravitacije bila usmjerena izravno prema dolje.
Normalna sila se u većini slučajeva može jednostavno opisati:
N = mg
Ovdje, m predstavlja masu objekta, i g znači ubrzanje zbog gravitacije, koje iznosi 9,8 metara u sekundi (m / s)2), odnosno mreže na kilogram (N / kg). To jednostavno odgovara "težini" predmeta.
Za nagnute površine snaga normalne sile smanjuje se više nagnuta površina, pa formula postaje:
N = mg cos (θ)
S θ stojeći pod kutom kojem je površina nagnuta.
Za jednostavan primjer izračuna, uzmite u obzir ravnu površinu s drvenim blokom od 2 kg. Normalna sila bila bi usmjerena izravno prema gore (kako bi se podržala težina bloka), a vi biste izračunali:
N = 2 kg × 9,8 N / kg = 19,6 N
Koeficijent ovisi o objektu i konkretnoj situaciji s kojom radite. Ako se objekt već ne kreće po površini, koristite koeficijent statičkog trenja μstatički, ali ako se kreće, koristite koeficijent trenja klizanja μklizanje.
Općenito, koeficijent trenja klizanja je manji od koeficijenta statičkog trenja. Drugim riječima, lakše je kliziti nešto što je već klizno nego kliznuti nešto što je još uvijek.
Materijali koje razmatrate također utječu na koeficijent. Na primjer, ako je drva od ranije bila na površini od opeke, koeficijent bi bio 0,6, ali za čisto drvo može biti bilo gdje od 0,25 do 0,5. Za led na ledu statički je koeficijent 0,1. Opet, koeficijent klizanja ovo još više smanjuje, na 0,03 za led na ledu i 0,2 za drvo na drva. Potražite ove površine pomoću internetske tablice (pogledajte Resursi).
Formula sile trenja glasi:
F = μN
Za primjer, uzmite u obzir drveni blok mase 2 kg na drvenom stolu, gurnut ga s nepomičnog. U ovom slučaju koristite statički koeficijent, s μstatički = 0,25 do 0,5 za drvo. Uzimanje μstatički = 0,5 za maksimiziranje potencijalnog učinka trenja i pamćenje N = 19,6 N od ranije, sila je:
F = 0,5 × 19,6 N = 9,8 N
Imajte na umu da trenje pruža samo snagu da se odupre gibanju, pa ako ga počnete nježno gurati i učvrstiti, sila trenja će se povećati na maksimalnu vrijednost, što je upravo izračunato. Fizičari ponekad pišu Fmaksimum da se ta točka razjasni.
Jednom kada se blok pomiče, koristite μklizanje = 0,2, u ovom slučaju:
Fklizanje = μklizanje N
= 0,2 × 19,6 N = 3,92 N