Зміст
Більшість людей розуміють тертя інтуїтивно. Коли ви намагаєтесь штовхнути предмет вздовж поверхні, контакт між об'єктом і поверхнею чинить опір вашому натисканню до певної сили натиску. Математичне обчислення сили тертя зазвичай включає "коефіцієнт тертя", який описує, наскільки два конкретні матеріали "злипаються", щоб протистояти руху, і щось, що називається "нормальною силою", що відноситься до маси предмета. Але якщо ви не знаєте коефіцієнта тертя, як ви відпрацьовуєте силу? Домогтися цього можна, відвідавши стандартний результат в Інтернеті або провівши невеликий експеримент.
Знаходження сили тертя експериментально
Використовуйте відповідний об'єкт і невелику ділянку поверхні, яку ви можете вільно переміщати, щоб встановити похилий пандус. Якщо ви не можете використовувати всю поверхню або весь предмет, просто використовуйте шматок чогось, зробленого з того ж матеріалу. Наприклад, якщо у вас в якості поверхні викладена плитка, ви можете використовувати одну плитку для створення пандуса. Якщо у вас в якості предмета є дерев’яна шафа, використовуйте інший, менший предмет, виготовлений з дерева (в ідеалі з подібною обробкою на деревині). Чим ближче ви зможете підійти до реальної ситуації, тим точнішим буде ваш розрахунок.
Переконайтесь, що ви можете відрегулювати нахил пандуса, склавши серію книг чи щось подібне, щоб ви могли зробити невеликі регулювання його максимальної висоти.
Чим більше нахилена поверхня, тим більше сила за рахунок сили тяжіння буде працювати, щоб тягнути її вниз по пандусу. Сила тертя працює проти цього, але в якийсь момент сила завдяки силі тяжіння долає його. Це говорить вам про максимальну силу тертя для цих матеріалів, а фізики описують це через коефіцієнт статичного тертя (μстатичний). Експеримент дозволяє знайти значення для цього.
Розмістіть предмет над поверхнею під неглибоким кутом, який не змусить його скотитися по рампі. Поступово збільшуйте нахил пандуса, додаючи до стеку книги чи інші тонкі предмети, і знайдіть найкрутіший нахил, на який ви зможете утримувати його, не переміщуючи об'єкт. Ви будете боротись, щоб отримати повністю точну відповідь, але найкраща оцінка буде достатньо близькою до справжнього значення для розрахунку. Виміряйте висоту пандуса і довжину основи пандуса, коли він знаходиться в цьому нахилі. Ви по суті розглядаєте пандус як формуючи прямокутний трикутник із підлогою та вимірюючи довжину та висоту трикутника.
Математика для ситуації спрацьовує акуратно, і виявляється, що дотична до кута нахилу підказує вам значення коефіцієнта. Тому:
μстатичний = загар (θ)
Або тому, що tan = протилежний / сусідній = довжина основи / висоти, ви обчислюєте:
μстатичний = загар (довжина основи / висота пандуса)
Виконайте цей розрахунок, щоб знайти значення коефіцієнта для вашої конкретної ситуації.
Поради
Ж = μстатичний N
Де "N"Означає нормальну силу. Для плоскої поверхні значення цього рівня дорівнює вазі предмета, тому ви можете використовувати:
Ж = μстатичний мг
Ось м - маса предмета і г - це прискорення за рахунок сили тяжіння (9,8 м / с2).
Наприклад, деревина на кам'яній поверхні має коефіцієнт тертя μстатичний = 0,3, тому використовуючи це значення для 10-кілограмового (кг) дерев’яного шафи на кам’яній поверхні:
Ж = μстатичний мг
= 0,3 × 10 кг × 9,8 м / с2
= 29,4 ньютонів
Пошук сили тертя без експерименту
Подивіться в Інтернеті, щоб знайти коефіцієнт тертя між вашими двома речовинами. Наприклад, автомобільна шина на асфальті має коефіцієнт μстатичний = 0,72, лід на дровах є μстатичний = 0,05, а деревина на цеглі має μстатичний = 0,6. Знайдіть значення для своєї ситуації (включаючи використання коефіцієнта ковзання, якщо ви не обчислюєте тертя від нерухомого) та запишіть його.
Наступне рівняння повідомляє про силу сили тертя (із статичним коефіцієнтом тертя):
Ж = μстатичний N
Якщо ваша поверхня рівна і паралельна землі, ви можете використовувати:
Ж = μстатичний мг
Якщо його немає, нормальна сила слабша. У цьому випадку знайдіть кут нахилу θ, і обчислити:
Ж = cos (θ) μстатичний мг
Наприклад, використовуючи 1 кг брили льоду на деревині, нахиленій до 30 °, і пам’ятаючи про це г = 9,8 м / с2, це дає:
Ж = cos (θ) μстатичний мг
= cos (30 °) × 0,05 × 1 кг × 9,8 м / с2
= 0,424 ньютонів