Зміст
Поверхні чинять силу тертя, яка чинить опір ковзаючим рухам, і вам потрібно обчислити розмір цієї сили в рамках багатьох проблем фізики. Кількість тертя в основному залежить від "нормальної сили", яка поверхонь чинить на об'єкти, що сидять на них, а також характеристик конкретної поверхні, яку ви розглядаєте. Для більшості цілей можна використовувати формулу Ж = мкН для обчислення тертя, с N стоячи за "нормальну" силу і "μ”, Що включає характеристики поверхні.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Обчисліть силу тертя за формулою:
Ж = мкН
Де N - нормальна сила і μ - коефіцієнт тертя для ваших матеріалів, незалежно від того, чи вони нерухомі, чи рухаються. Нормальна сила дорівнює вазі предмета, тому це також можна записати:
Ж = мкг
Де м - маса предмета і г - це прискорення за рахунок сили тяжіння. Тертя діє протиставлення руху об’єкта.
Що таке тертя?
Тертя описує силу між двома поверхнями, коли ви намагаєтесь перемістити одну через іншу. Сила чинить опір руху, і в більшості випадків сила діє у зворотному напрямку до руху. Внизу на молекулярному рівні, коли ви стискаєте дві поверхні разом, незначні недосконалості на кожній поверхні можуть блокуватися, і між молекулами одного матеріалу та іншого можуть виникати привабливі сили. Ці фактори ускладнюють переміщення їх повз один одного. Однак ви не працюєте на цьому рівні, коли обчислюєте силу тертя. Для повсякденних ситуацій фізики групують усі ці фактори разом у «коефіцієнті» μ.
Обчислення сили тертя
"Нормальна" сила описує силу, яку поверхня, на яку об'єкт спирається (або натискає на нього), впливає на об'єкт. Для нерухомого предмета на плоскій поверхні сила повинна рівно протиставити силі за рахунок сили тяжіння, інакше об’єкт рухатиметься відповідно до законів руху Ньютона. "Нормальна" сила (N) - назва сили, яка це робить.
Він завжди діє перпендикулярно поверхні. Це означає, що на похилій поверхні нормальна сила все одно буде вказувати безпосередньо від поверхні, тоді як сила тяжіння буде спрямована прямо вниз.
Нормальну силу в більшості випадків можна просто описати:
N = мг
Ось м являє собою масу об'єкта, і г означає прискорення за рахунок сили тяжіння, яке становить 9,8 метра в секунду в секунду (м / с2), або нетто на кілограм (Н / кг). Це просто відповідає «вазі» об’єкта.
Для похилих поверхонь сила нормальної сили зменшується, чим більше нахилена поверхня, тим формула набуває:
N = мг cos (θ)
З θ стоячи за кутом, до якого схиляється поверхня.
Для простого прикладу розрахунку розглянемо плоску поверхню з 2-кг кг деревини, що сидить на ній. Нормальна сила буде спрямована прямо вгору (для підтримки ваги блоку), і ви обчислите:
N = 2 кг × 9,8 Н / кг = 19,6 Н
Коефіцієнт залежить від об'єкта та конкретної ситуації, з якою ви працюєте. Якщо об'єкт уже не рухається по поверхні, ви використовуєте коефіцієнт статичного тертя μстатичний, але якщо він рухається, ви використовуєте коефіцієнт тертя ковзання μслайд.
Як правило, коефіцієнт тертя ковзання менший, ніж коефіцієнт статичного тертя. Іншими словами, простіше ковзати щось, що вже ковзає, ніж пересунути щось, що нерухоме.
Матеріали, які ви розглядаєте, також впливають на коефіцієнт. Наприклад, якби блок з деревини раніше знаходився на цегляній поверхні, коефіцієнт був би 0,6, але для чистої деревини він може бути від 0,25 до 0,5. Для льоду на льоду статичний коефіцієнт дорівнює 0,1. Знову ж таки, коефіцієнт ковзання знижує це ще більше, до 0,03 для льоду на льоду та 0,2 для дерева. Подивіться на цю поверхню за допомогою таблиці в Інтернеті (див. Ресурси).
Формула сили тертя станів:
Ж = мкН
Для прикладу розглянемо дерев’яний блок масою 2 кг на дерев’яному столі, що його відштовхують від нерухомого. У цьому випадку ви використовуєте статичний коефіцієнт, з μстатичний = 0,25 до 0,5 для деревини. Приймаючи μстатичний = 0,5 для максимального потенційного ефекту тертя та запам'ятовування N = 19,6 N від раніше, сила дорівнює:
Ж = 0,5 × 19,6 N = 9,8 N
Пам’ятайте, що тертя лише забезпечує силу чинити опір руху, тому якщо ви почнете м'яко його натискати і ставати більш твердим, сила тертя збільшиться до максимальної величини, яку ви тільки що обчислили. Фізики іноді пишуть Жмакс щоб зробити це зрозумілим.
Як тільки блок рухається, ви користуєтесь μслайд = 0,2, у цьому випадку:
Жслайд = μслайд N
= 0,2 × 19,6 N = 3,92 Н