Содержание
Большинство людей понимают трение интуитивно. Когда вы пытаетесь протолкнуть объект вдоль поверхности, контакт между объектом и поверхностью противостоит вашему толчку до определенной силы толчка. При математическом расчете силы трения обычно используется «коэффициент трения», который описывает, как два конкретных материала «слипаются», чтобы противостоять движению, и нечто, называемое «нормальной силой», которая относится к массе объекта. Но если вы не знаете коэффициент трения, как вы распределяете силу? Вы можете добиться этого либо путем поиска стандартного результата в Интернете, либо проведением небольшого эксперимента.
Нахождение силы трения экспериментально
Используйте рассматриваемый объект и небольшой участок поверхности, который вы можете свободно перемещать, чтобы установить наклонную рампу. Если вы не можете использовать всю поверхность или весь объект, просто используйте кусок чего-то, сделанного из того же материала. Например, если у вас плиточный пол в качестве поверхности, вы можете использовать одну плитку для создания рампы. Если у вас есть деревянный шкаф в качестве объекта, используйте другой, меньший объект, сделанный из дерева (в идеале с аналогичной отделкой на дереве). Чем ближе вы окажетесь к реальной ситуации, тем точнее будет ваш расчет.
Убедитесь, что вы можете отрегулировать наклон рампы, составив серию книг или что-то подобное, чтобы вы могли внести небольшие изменения в ее максимальную высоту.
Чем больше наклонная поверхность, тем больше сила гравитации будет тянуть ее вниз по наклонной плоскости. Сила трения работает против этого, но в какой-то момент сила гравитации преодолевает ее. Это говорит вам о максимальной силе трения для этих материалов, и физики описывают это через коэффициент статического трения (μстатический). Эксперимент позволяет найти значение для этого.
Поместите объект на поверхность под небольшим углом, который не заставит его скользить по трапу. Постепенно увеличивайте наклон ската, добавляя книги или другие тонкие объекты в свой стек, и найдите самый крутой наклон, на котором вы можете удерживать его, не двигая объект. Вы будете изо всех сил пытаться получить полностью точный ответ, но ваша лучшая оценка будет достаточно близка к истинному значению для расчета. Измерьте высоту рампы и длину основания рампы, когда она находится под этим наклоном. По сути, вы рассматриваете рампу как формирование прямоугольного треугольника с полом и измерение длины и высоты треугольника.
Математика для ситуации получается аккуратно, и получается, что тангенс угла наклона говорит вам о значении коэффициента. Так:
μстатический = загар (θ)
Или, поскольку tan = противоположный / соседний = длина основания / рост, вы рассчитываете:
μстатический = загар (длина основания / высота ската)
Выполните этот расчет, чтобы найти значение коэффициента для вашей конкретной ситуации.
подсказки
F = μстатический N
Где "N”Означает нормальную силу. Для плоской поверхности это значение равно весу объекта, поэтому вы можете использовать:
F = μстатический мг
Вот, м это масса объекта и грамм ускорение силы тяжести (9,8 м / с2).
Например, древесина на каменной поверхности имеет коэффициент трения μстатический = 0,3, поэтому, используя это значение для деревянного шкафа весом 10 кг на каменной поверхности:
F = μстатический мг
= 0,3 × 10 кг × 9,8 м / с2
= 29,4 ньютона
Нахождение силы трения без эксперимента
Посмотрите в Интернете, чтобы найти коэффициент трения между вашими двумя веществами. Например, автомобильная шина на асфальте имеет коэффициент μстатический = 0,72, лед на дереве μстатический = 0,05 и дерево на кирпиче μстатический = 0,6 Найдите значение для вашей ситуации (включая использование коэффициента скольжения, если вы не рассчитываете трение от неподвижного) и запишите его.
Следующее уравнение говорит о силе силы трения (с коэффициентом статического трения):
F = μстатический N
Если ваша поверхность ровная и параллельна земле, вы можете использовать:
F = μстатический мг
Если это не так, нормальная сила слабее. В этом случае найдите угол наклона θи рассчитать:
F = cos (θ) μстатический мг
Например, используя кусок льда весом 1 кг на дереве, наклоненный до 30 °, и помня, что грамм = 9,8 м / с2, это дает:
F = cos (θ) μстатический мг
= cos (30 °) × 0,05 × 1 кг × 9,8 м / с2
= 0,424 ньютона