Содержание
Поверхности оказывают силу трения, которая противостоит скользящим движениям, и вам необходимо рассчитать размер этой силы как часть многих физических проблем. Величина трения в основном зависит от «нормальной силы», которую поверхности оказывают на предметы, сидящие на них, а также от характеристик конкретной поверхности, которую вы рассматриваете. Для большинства целей вы можете использовать формулу F = мкН рассчитать трение, с N отстаивая «нормальную» силу и «μ»Включая характеристики поверхности.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Рассчитаем силу трения по формуле:
F = мкН
где N это нормальная сила и μ коэффициент трения для ваших материалов, а также, являются ли они неподвижными или движущимися. Нормальная сила равна весу объекта, поэтому это также можно записать:
F = μmg
где м это масса объекта и грамм ускорение силы тяжести Трение выступает против движения объекта.
Что такое трение?
Трение описывает силу между двумя поверхностями, когда вы пытаетесь переместить одну через другую. Сила сопротивляется движению, и в большинстве случаев сила действует в направлении, противоположном движению. На молекулярном уровне, когда вы сжимаете две поверхности вместе, незначительные дефекты на каждой поверхности могут блокироваться, и между молекулами одного материала и другой могут возникать силы притяжения. Эти факторы затрудняют их перемещение мимо друг друга. Однако вы не работаете на этом уровне, когда рассчитываете силу трения. В повседневных ситуациях физики объединяют все эти факторы в «коэффициент». μ.
Расчет силы трения
«Нормальная» сила описывает силу, на которую поверхность, на которую опирается объект (или на которую нажимают), воздействует на объект. Для неподвижного объекта на плоской поверхности сила должна точно противостоять силе из-за силы тяжести, иначе объект будет двигаться в соответствии с законами движения Ньютона. «Нормальная» сила (N) это имя для силы, которая делает это.
Он всегда действует перпендикулярно поверхности. Это означает, что на наклонной поверхности нормальная сила все еще будет указывать прямо от поверхности, в то время как сила тяжести будет указывать прямо вниз.
Нормальная сила может быть просто описана в большинстве случаев:
N = мг
Вот, м представляет массу объекта, и грамм обозначает ускорение силы тяжести, которое составляет 9,8 метра в секунду в секунду (м / с2) или нетонов на килограмм (Н / кг). Это просто соответствует «весу» объекта.
Для наклонных поверхностей сила нормальной силы уменьшается, чем больше наклоняется поверхность, поэтому формула становится:
N = мг потому (θ)
С участием θ обозначает угол, к которому наклонена поверхность.
Для простого примера расчета рассмотрим плоскую поверхность с 2-килограммовым деревянным блоком, сидящим на нем. Нормальная сила будет указывать прямо вверх (для поддержки веса блока), и вы будете рассчитывать:
N = 2 кг × 9,8 Н / кг = 19,6 Н
Коэффициент зависит от объекта и конкретной ситуации, с которой вы работаете. Если объект еще не движется по поверхности, вы используете коэффициент статического трения μстатический, но если он движется, вы используете коэффициент трения скольжения μгорка.
Как правило, коэффициент трения скольжения меньше, чем коэффициент статического трения. Другими словами, легче скользить чем-то, что уже скользит, чем скользить чем-то еще.
Материалы, которые вы рассматриваете, также влияют на коэффициент. Например, если ранее деревянный блок находился на поверхности кирпича, коэффициент составлял бы 0,6, но для чистой древесины он может быть где угодно от 0,25 до 0,5. Для льда на льду статический коэффициент равен 0,1. Опять же, коэффициент скольжения уменьшает это еще больше, до 0,03 для льда на льду и 0,2 для дерева на дереве. Найдите их на своей поверхности, используя онлайн-таблицу (см. Ресурсы).
Формула для силы состояний трения:
F = мкН
Для примера рассмотрим деревянный блок массой 2 кг на деревянном столе, выталкиваемый из стационарного. В этом случае вы используете статический коэффициент, с μстатический = 0,25 до 0,5 для древесины. принятие μстатический = 0,5, чтобы максимизировать потенциальное влияние трения, и помня N = 19,6 Н от ранее, сила:
F = 0,5 × 19,6 N = 9,8 N
Помните, что трение создает только силу, чтобы противостоять движению, поэтому, если вы начнете осторожно толкать его и становиться сильнее, сила трения увеличится до максимального значения, которое вы только что рассчитали. Физики иногда пишут FМаксимум чтобы прояснить этот момент.
Как только блок движется, вы используете μгорка = 0,2, в этом случае:
Fгорка = μгорка N
= 0,2 × 19,6 N = 3,92 N