Съдържание
Повърхностите упражняват сила на триене, която се съпротивлява на плъзгащи движения и е необходимо да изчислите размера на тази сила като част от много физически проблеми. Количеството на триене главно зависи от „нормалната сила“, която повърхностите оказват върху седящите върху тях обекти, както и от характеристиките на конкретната повърхност, която разглеждате. За повечето цели можете да използвате формулата F = μN за изчисляване на триенето, с н отстояване на "нормалната" сила и "μ”, Включващи характеристиките на повърхността.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
Изчислете силата на триене по формулата:
F = μN
Където н е нормалната сила и μ е коефициентът на триене за вашите материали и дали те са неподвижни или се движат. Нормалната сила е равна на теглото на обекта, така че това също може да бъде написано:
F = μmg
Където m е масата на обекта и г е ускорението поради гравитацията. Триенето действа като противопоставяне на движението на обекта.
Какво е триенето?
Триенето описва силата между две повърхности, когато се опитвате да се движите една върху друга. Силата се съпротивлява на движението и в повечето случаи силата действа в обратна посока на движението. На молекулно ниво, когато натиснете две повърхности заедно, незначителни несъвършенства във всяка повърхност могат да се блокират и може да има привлекателни сили между молекулите на един материал и на другия. Тези фактори затрудняват придвижването им покрай едни други. Въпреки това, вие не работите на това ниво, когато изчислявате силата на триене. За ежедневните ситуации физиците групират всички тези фактори заедно в „коефициента“ μ.
Изчисляване на силата на триене
"Нормалната" сила описва силата, която повърхността, върху която обектът почива (или е притисната), упражнява върху обекта. За неподвижния обект на равна повърхност, силата трябва точно да се противопоставя на силата поради гравитацията, в противен случай обектът ще се движи според законите на движението на Нютон. "Нормалната" сила (н) е името на силата, която прави това.
Винаги действа перпендикулярно на повърхността. Това означава, че на наклонена повърхност, нормалната сила все още би сочила директно от повърхността, докато силата на гравитацията би сочила директно надолу.
Нормалната сила може да бъде просто описана в повечето случаи чрез:
н = мг
Тук, m представлява масата на обекта и г означава ускорението поради гравитацията, което е 9,8 метра в секунда в секунда (m / s2), или нето на килограм (N / kg). Това просто съответства на "теглото" на обекта.
За наклонени повърхности силата на нормалната сила се намалява, колкото повече е наклонена повърхността, така формулата става:
н = мг cos (θ)
с θ стои за ъгъла, към който повърхността е наклонена.
За прост примерно изчисление, помислете за равна повърхност с 2-килограмов дървен блок. Нормалната сила би сочила директно нагоре (за да поддържа тежестта на блока) и вие ще изчислите:
н = 2 kg × 9,8 N / kg = 19,6 N
Коефициентът зависи от обекта и конкретната ситуация, с която работите. Ако обектът вече не се движи по повърхността, използвате коефициента на статично триене μстатичен, но ако се движи, използвате коефициента на триене на плъзгане μпързалка.
По принцип коефициентът на триене на плъзгане е по-малък от коефициента на статично триене. С други думи, по-лесно е да плъзнете нещо, което вече се плъзга, отколкото да плъзнете нещо, което е неподвижно.
Материалите, които разглеждате, също влияят на коефициента. Например, ако блокът от дърво от по-рано е бил върху тухлена повърхност, коефициентът би бил 0,6, но за чиста дървесина той може да бъде от 0,25 до 0,5. За лед на лед статичният коефициент е 0,1. Отново коефициентът на плъзгане намалява това още повече, до 0,03 за лед върху лед и 0,2 за дърво върху дърво. Вижте тези за вашата повърхност с помощта на онлайн таблица (вижте Ресурси).
Формулата за силата на триене гласи:
F = μN
За пример, помислете за дървен блок с тегло 2 кг върху дървена маса, като се изтласква от неподвижно. В този случай използвате статичния коефициент, с μстатичен = 0,25 до 0,5 за дърво. Като се μстатичен = 0,5, за да увеличите максимално потенциалния ефект от триенето и запомнянето на н = 19,6 N от по-рано, силата е:
F = 0,5 × 19,6 N = 9,8 N
Не забравяйте, че триенето осигурява сила само да се съпротивлява на движение, така че ако започнете леко да го натискате и ставате по-стегнати, силата на триенето ще се увеличи до максимална стойност, което е току-що изчислено току-що. Физиците понякога пишат Fмакс за да стане ясно това.
След като блокът се движи, вие използвате μпързалка = 0,2, в този случай:
Fпързалка = μпързалка н
= 0.2 × 19.6 N = 3.92 N