Innhold
De fleste forstår friksjon på en intuitiv måte. Når du prøver å skyve en gjenstand langs en overflate, motstår kontakten mellom objektet og overflaten din skyv opp til en viss skyvestyrke. Beregning av friksjonskraften matematisk innebærer vanligvis "friksjonskoeffisienten", som beskriver hvor mye de to spesifikke materialene "fester seg sammen" for å motstå bevegelse, og noe som kalles "normalkraften" som angår massen til objektet. Men hvis du ikke kjenner friksjonskoeffisienten, hvordan jobber du ut styrken? Du kan oppnå dette enten ved å slå opp et standardresultat på nettet eller gjennomføre et lite eksperiment.
Å finne friksjonskraften eksperimentelt
Bruk det aktuelle objektet og en liten del av overflaten du kan bevege deg fritt for å sette opp en skrå rampe. Hvis du ikke kan bruke hele overflaten eller hele gjenstanden, bare bruk et stykke av noe laget av samme materiale. Hvis du for eksempel har flislagt gulv som overflate, kan du bruke en enkelt flis til å lage rampen. Hvis du har et treskap som objekt, bruk en annen, mindre gjenstand laget av tre (ideelt med en lignende finish på treverket). Jo nærmere du kommer den virkelige situasjonen, desto mer nøyaktig vil beregningen bli.
Forsikre deg om at du kan justere stigningen på rampen, ved å stable en serie bøker eller noe lignende, slik at du kan gjøre små justeringer til den maksimale høyden.
Jo mer skrå overflaten er, jo mer vil kraft på grunn av tyngdekraften arbeide for å trekke den ned rampen. Friksjonskraften virker mot dette, men på et tidspunkt overvinner kraften på grunn av tyngdekraften den. Dette forteller deg den maksimale friksjonskraften for disse materialene, og fysikere beskriver dette gjennom statisk friksjonskoeffisient (μstatisk). Eksperimentet lar deg finne verdien for dette.
Plasser gjenstanden på toppen av overflaten i en liten vinkel som ikke får den til å gli nedover rampen. Øk stigningen på rampen gradvis ved å legge bøker eller andre tynne gjenstander til bunken din, og finn den bratteste stigningen du kan holde den på uten at gjenstanden beveger seg. Du vil kjempe for å få et helt presist svar, men ditt beste estimat vil være nær nok til den sanne verdien for beregningen. Mål høyden på rampen og lengden på rampens base når den er i denne skråningen. Du behandler egentlig rampen som å danne en rettvinklet trekant med gulvet og måle lengden og høyden på trekanten.
Matematikken for situasjonen fungerer pent, og det viser seg at tangensen til stigningsvinkelen forteller deg verdien av koeffisienten. Så:
μstatisk = solbrun (θ)
Eller fordi brunfarge = motsatt / tilstøtende = lengde på base / høyde, beregner du:
μstatisk = brunfarge (lengde på sokkel / rampehøyde)
Fullfør denne beregningen for å finne verdien for koeffisienten for din spesifikke situasjon.
Tips
F = μstatisk N
Hvor i "N”Står for normalkraften. For en flat overflate er verdien av dette lik vekten til objektet, slik at du kan bruke:
F = μstatisk mg
Her, m er massen til objektet og g er akselerasjonen på grunn av tyngdekraften (9,8 m / s2).
Tre på en steinoverflate har for eksempel en friksjonskoeffisient på μstatisk = 0,3, så bruker du denne verdien til et tre kilo (kg) trekabinett på en steinflate:
F = μstatisk mg
= 0,3 × 10 kg × 9,8 m / s2
= 29,4 newton
Finne friksjonskraften uten eksperiment
Se på nettet for å finne friksjonskoeffisienten mellom de to stoffene dine. For eksempel har et bildekk på asfalt en koeffisient på μstatisk = 0,72, is på tre har μstatisk = 0,05 og tre på tegl har μstatisk = 0,6. Finn verdien for situasjonen din (inkludert bruk av glidekoeffisienten hvis du ikke beregner friksjonen fra stasjonær) og noter den.
Følgende ligning forteller deg styrken til friksjonskraften (med den statiske friksjonskoeffisienten):
F = μstatisk N
Hvis overflaten din er flat og parallell med bakken, kan du bruke:
F = μstatisk mg
Hvis den ikke er det, er normalkraften svakere. I dette tilfellet, finn vinkelen på skråningen θ, og beregne:
F = cos (θ) μstatisk mg
For eksempel å bruke en 1 kg isblokk på tre, skrått til 30 °, og huske det g = 9,8 m / s2, dette gir:
F = cos (θ) μstatisk mg
= cos (30 °) × 0,05 × 1 kg × 9,8 m / s2
= 0,424 newton