Sadržaj
Većina ljudi trenje razumije na intuitivan način. Kad pokušate gurnuti objekt uzduž neke površine, kontakt objekta i površine odolijeva vašem natezanju do određene snage guranja. Matematičko izračunavanje sile trenja obično uključuje „koeficijent trenja“, koji opisuje koliko se dva određena materijala „lijepe“ da se odupru gibanju, i nešto što se naziva „normalna sila“ koja se odnosi na masu predmeta. Ali ako ne znate koeficijent trenja, kako djelujete na silu? To možete postići gledanjem standardnog rezultata na mreži ili provođenjem malog eksperimenta.
Eksperimentalno pronalaženje sile trenja
Koristite dotični objekt i mali dio površine po kojem se možete slobodno kretati za postavljanje nagnute rampe. Ako ne možete koristiti cijelu površinu ili cijeli objekt, samo koristite komad nečega napravljenog od istog materijala. Na primjer, ako imate popločan pod kao površinu, možete koristiti jednu pločicu za stvaranje rampe. Ako kao predmet imate drveni ormar, upotrijebite drugačiji, manji predmet izrađen od drva (u idealnom slučaju s sličnim završetkom na drvu). Što se više možete približiti stvarnoj situaciji, točan će biti vaš izračun.
Osigurajte da možete prilagoditi nagib rampe, slagajući niz knjiga ili nešto slično, tako da možete izvršiti mala podešavanja na njenoj maksimalnoj visini.
Što je više nagnuta površina, više će sile zbog gravitacije raditi na povlačenju niz rampu. Snaga trenja djeluje protiv toga, ali u određenom trenutku sila zbog gravitacije ga nadvladava. To vam govori o maksimalnoj sili trenja za ove materijale, a fizičari to opisuju koeficijentom statičkog trenja (μstatički). Eksperiment vam omogućuje da pronađete vrijednost za to.
Predmet stavite na površinu pod plitkim kutom koji ga neće učiniti da klizne niz rampu. Postupno povećavajte nagib rampe dodavanjem knjiga ili drugih tankih predmeta u svoj snop i pronađite najstrmiji nagib na kojem ga možete držati bez da se objekt pomiče. Nastojat ćete dobiti potpuno precizan odgovor, ali vaša će najbolja procjena biti dovoljno blizu stvarnoj vrijednosti izračuna. Izmjerite visinu rampe i duljinu osnovice rampe kada je to nagib. U osnovi postupate prema rampi jer oblikujete pravokutni trokut s podom i mjerite duljinu i visinu trokuta.
Matematika za situaciju funkcionira uredno, a ispada da tangenta kuta nagiba govori o vrijednosti koeficijenta. Tako:
μstatički = tan (θ)
Ili, iz razloga što je tan = suprotno / susjedno = duljina baze / visine, izračunavate:
μstatički = preplanulost (duljina baze / visina rampe)
Dovršite ovaj izračun da biste pronašli vrijednost koeficijenta za vašu specifičnu situaciju.
Savjet
F = μstatički N
Gdje je "N- označava normalnu silu. Za ravnu površinu vrijednost ove vrijednosti jednaka je težini predmeta, tako da možete koristiti:
F = μstatički mg
Ovdje, m je masa predmeta i g je ubrzanje zbog gravitacije (9,8 m / s2).
Na primjer, drvo na kamenoj površini ima koeficijent trenja od μstatički = 0,3, tako da koristite ovu vrijednost za drveni ormar od 10 kilograma (kg) na kamenoj površini:
F = μstatički mg
= 0,3 × 10 kg × 9,8 m / s2
= 29,4 newton
Pronalaženje sile trenja bez eksperimenta
Potražite na internetu kako biste pronašli koeficijent trenja između vaše dvije tvari. Na primjer, automobilska guma na asfaltu ima koeficijent od μstatički = 0,72, leda na drva ima μstatički = 0,05, a drva na cigli ima μstatički = 0,6. Pronađite vrijednost za svoju situaciju (uključujući korištenje koeficijenta klizanja ako ne računate trenje iz stacionarnog) i zabilježite ga.
Sljedeća jednadžba govori o snazi sile trenja (s koeficijentom statičkog trenja):
F = μstatički N
Ako je vaša površina ravna i paralelna s tlom, možete koristiti:
F = μstatički mg
Ako nije, normalna sila je slabija. U ovom slučaju pronađite kut nagiba θ, i izračunajte:
F = cos (θ) μstatički mg
Na primjer, koristeći ledeni blok težine 1 kg na drvu, nagnut na 30 °, i to se sjećajući g = 9,8 m / s2, ovo daje:
F = cos (θ) μstatički mg
= cos (30 °) × 0,05 × 1 kg × 9,8 m / s2
= 0,424 njuta