Obsah
Povrchy vyvíjajú treciu silu, ktorá odoláva kĺzavým pohybom, a ako súčasť mnohých fyzikálnych problémov musíte vypočítať veľkosť tejto sily. Miera trenia závisí hlavne od „normálnej sily“, ktorú povrchy vyvíjajú na predmety, ktoré na ne sedí, ako aj od vlastností konkrétneho povrchu, ktorý zvažujete. Vo väčšine prípadov môžete použiť vzorec F = μN na výpočet trenia pomocou N kandiduje na „normálnu“ silu a „μ“Zahŕňajúca vlastnosti povrchu.
TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
Vypočítajte silu trenia pomocou vzorca:
F = μN
Kde N je normálna sila a μ je koeficient trenia pre vaše materiály a to, či sú nehybné alebo sa pohybujú. Normálna sila sa rovná hmotnosti predmetu, takže sa dá napísať aj:
F = μmg
Kde m je hmotnosť objektu a g je zrýchlenie spôsobené gravitáciou. Trenie pôsobí proti pohybu objektu.
Čo je trenie?
Trenie popisuje silu medzi dvoma povrchmi, keď sa pokúsite pohybovať medzi sebou. Sila odoláva pohybu a vo väčšine prípadov pôsobí proti smeru pohybu. Keď stlačíte dva povrchy nadol, môžu sa na molekulárnej úrovni vzájomne spojiť drobné nedokonalosti a medzi molekulami jedného materiálu a druhého môžu byť atraktívne sily. Tieto faktory sťažujú ich vzájomné presúvanie. Na výpočte sily trenia však na tejto úrovni nepracujete. Pre každodenné situácie zoskupujú fyzici všetky tieto faktory do „koeficientu“ μ.
Výpočet sily trenia
„Normálna“ sila popisuje silu, na ktorú pôsobí predmet (alebo na ktorý je pritlačený) povrch, ktorý na predmet spočíva. Pre statický objekt na rovnom povrchu musí sila presne pôsobiť proti gravitačnej sile, inak by sa objekt pohyboval podľa Newtonových pohybových zákonov. „Normálna“ sila (N) je názov sily, ktorá to robí.
Vždy pôsobí kolmo na povrch. To znamená, že na naklonenom povrchu by normálna sila stále smerovala priamo od povrchu, zatiaľ čo gravitačná sila by smerovala priamo nadol.
Normálnu silu možno vo väčšine prípadov jednoducho opísať:
N = mg
Tu, m predstavuje hmotnosť objektu a g znamená zrýchlenie spôsobené gravitáciou, ktoré je 9,8 metrov za sekundu za sekundu (m / s2) alebo sieť na kilogram (N / kg). Toto jednoducho zodpovedá „váhe“ objektu.
Pre šikmé povrchy sa sila normálnej sily znižuje, čím viac je povrch naklonený, takže vzorec sa stáva:
N = mg cos (θ)
s θ stojí za uhlom, ku ktorému je povrch naklonený.
Pre jednoduchý príklad výpočtu uvážte rovnú plochu, na ktorej je sediaci drevený blok s hmotnosťou 2 kg. Normálna sila by smerovala priamo nahor (na podporu váhy bloku) a vypočítali by ste:
N = 2 kg x 9,8 N / kg = 19,6 N
Koeficient závisí od objektu a od konkrétnej situácie, s ktorou pracujete. Ak sa objekt už nepohybuje po povrchu, použijete koeficient statického trenia μstatický, ale ak sa pohybuje, použite koeficient kĺzneho trenia μšmykľavka.
Všeobecne je koeficient klzného trenia menší ako koeficient statického trenia. Inými slovami, je ľahšie posúvať niečo, čo sa už posúva, ako posúvať niečo, čo je stále.
Materiály, ktoré zvažujete, ovplyvňujú aj koeficient. Napríklad, ak by blok dreva z predchádzajúceho obdobia bol na povrchu tehly, koeficient by bol 0,6, ale pre čisté drevo to môže byť kdekoľvek od 0,25 do 0,5. Pre ľad na ľade je statický koeficient 0,1. Koeficient kĺzania to opäť znižuje ešte viac, na 0,03 pre ľad na ľade a 0,2 pre drevo na drevo. Vyhľadajte ich pomocou online tabuľky (pozrite si časť Zdroje).
Vzorec sily trenia uvádza:
F = μN
Napríklad zvážte drevený blok s hmotnosťou 2 kg na drevenom stole, ktorý sa tlačí zo stacionárneho zariadenia. V takom prípade použite statický koeficient s μstatický = 0,25 až 0,5 pre drevo. prevzatia μstatický = 0,5 na maximalizáciu možného účinku trenia a zapamätanie si N = 19,6 N od začiatku, sila je:
F = 0,5 x 19,6, N = 9,8, N
Pamätajte, že trenie poskytuje iba silu, aby odolalo pohybu, takže ak ho začnete jemne tlačiť a ztuhnete, sila trenia sa zvýši na maximálnu hodnotu, čo ste práve vypočítali. Fyzici niekedy píšu Fmax objasniť tento bod.
Akonáhle sa blok pohybuje, môžete ho použiť μšmykľavka = 0,2, v tomto prípade:
Fšmykľavka = μšmykľavka N
= 0,2 x 19,6, N = 3,92, N