Obsah
Väčšina ľudí rozumie treniu intuitívnym spôsobom. Keď sa pokúsite tlačiť objekt pozdĺž povrchu, kontakt medzi objektom a povrchom odoláva vášmu tlaku až do určitej sily tlačenia. Matematické vypočítanie trecej sily obvykle zahŕňa „koeficient trenia“, ktorý popisuje, ako veľmi sa „dva“ navzájom spojené materiály odolajú pohybu, a niečo, čo sa nazýva „normálna sila“, ktoré súvisí s hmotnosťou predmetu. Ale ak nepoznáte koeficient trenia, ako zistíte silu? Môžete to dosiahnuť buď vyhľadaním štandardného výsledku online alebo vykonaním malého experimentu.
Experimentálne nájdenie sily trenia
Použite predmet a malú časť plochy, ktorú môžete voľne pohybovať, aby ste mohli nastaviť naklonenú rampu. Ak nemôžete použiť celý povrch alebo celý predmet, použite iba kúsok niečoho z toho istého materiálu. Napríklad, ak máte ako povrch dlažbu, môžete na vytvorenie rampy použiť jednu dlaždicu. Ak máte ako predmet drevenú skriňu, použite iný, menší predmet vyrobený z dreva (ideálne s podobným povrchom ako drevo). Čím bližšie sa môžete dostať k skutočnej situácii, tým presnejší bude váš výpočet.
Uistite sa, že môžete upraviť sklon rampy stohovaním série kníh alebo niečoho podobného, takže môžete urobiť malé úpravy maximálnej výšky.
Čím viac je povrch naklonený, tým viac bude sila pôsobiť gravitáciou, aby ho stiahla z rampy. Proti tomu pôsobí sila trenia, ale v určitom okamihu ju sila gravitácie prekonáva. Toto vám hovorí o maximálnej sile trenia pre tieto materiály a fyzici to opisujú pomocou koeficientu statického trenia (μstatický). Experiment vám umožňuje nájsť hodnotu za to.
Položte predmet na povrch pod plytkým uhlom, ktorý ho nezmení. Postupne zvyšujte sklon rampy pridaním kníh alebo iných tenkých predmetov do svojho stohu a nájdite najstrmší sklon, na ktorom ju môžete držať bez toho, aby sa objekt pohyboval. Budete sa usilovať získať úplne presnú odpoveď, ale váš najlepší odhad bude dosť blízko skutočnej hodnote pre výpočet. Keď je tento sklon, zmerajte výšku rampy a dĺžku základne rampy. V podstate s rampou zaobchádzate tak, že tvorí podlahu s pravouhlým trojuholníkom a meria dĺžku a výšku trojuholníka.
Matematika situácie vyzerá úhľadne a ukázalo sa, že dotyčnica uhla sklonu vám povie hodnotu koeficientu. takže:
μstatický = tan (θ)
Alebo, pretože tan = opačný / susedný = dĺžka základne / výšky, vypočítate:
μstatický = tan (dĺžka základne / výška rampy)
Tento výpočet dokončite a vyhľadajte hodnotu koeficientu pre vašu konkrétnu situáciu.
Tipy
F = μstatický N
Kde "N”Znamená normálnu silu. Pre rovný povrch sa jeho hodnota rovná hmotnosti objektu, takže môžete použiť:
F = μstatický mg
Tu, m je hmotnosť objektu a g je zrýchlenie spôsobené gravitáciou (9,8 m / s2).
Napríklad drevo na povrchu kameňa má koeficient trenia μstatický = 0,3, takže pri použití tejto hodnoty pre drevenú skrinku s hmotnosťou 10 kg (kg) na povrchu kameňa:
F = μstatický mg
= 0,3 x 10 kg x 9,8 m / s2
= 29,4 newtonov
Nájdenie sily trenia bez experimentu
Vyhľadajte online a vyhľadajte koeficient trenia medzi vašimi dvoma látkami. Napríklad pneumatika automobilu na asfalte má koeficient μstatický = 0,72, ľad na dreve má μstatický = 0,05 a drevo na tehle má μstatický = 0,6. Nájdite hodnotu svojej situácie (vrátane použitia koeficientu kĺzania, ak nepočítate trenie zo stacionárneho stavu) a poznamenajte si ho.
Nasledujúca rovnica udáva silu trecej sily (so statickým koeficientom trenia):
F = μstatický N
Ak je váš povrch rovný a rovnobežný so zemou, môžete použiť:
F = μstatický mg
Ak to tak nie je, normálna sila je slabšia. V takom prípade nájdite uhol sklonu θa vypočítať:
F = cos (θ) μstatický mg
Napríklad použitie 1 kg bloku ľadu na dreve, nakloneného k 30 °, a zapamätanie si toho g = 9,8 m / s2, to dáva:
F = cos (θ) μstatický mg
= cos (30 °) x 0,05 x 1 kg x 9,8 m / s2
= 0,424 newtonov