Sådan beregnes friktionskraften

Overflader udøver en friktionskraft, der modstår glidende bevægelser, og du skal beregne størrelsen på denne kraft som en del af mange fysikproblemer. Mængden af friktion afhænger hovedsageligt af den "normale kraft", hvilke overflader, der udøver på genstande, der sidder på dem, samt egenskaberne for den specifikke overflade, du overvejer. Til de fleste formål kan du bruge formlen F
\u003d μN
til at beregne friktion, hvor N
står for den "normale" kraft og " μ
”med overfladens egenskaber.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Beregn friktionskraften ved hjælp af formlen:

< em> F

\u003d μN

Hvor N
er den normale kraft og μ

er friktionskoefficienten for dine materialer, og om de er stationære eller bevægelige. Den normale kraft er lig med objektets vægt, så denne kan også skrives:

F

\u003d μmg

Hvor m
er objektets masse, og g
er accelerationen på grund af tyngdekraften. Friktionen fungerer imod genstandens bevægelse.
Hvad er friktion?

Friktion beskriver kraften mellem to overflader, når du prøver at bevæge den ene over den anden. Kraften modstår bevægelse, og i de fleste tilfælde virker kraften i den modsatte retning af bevægelsen. Nede på molekylært niveau, når du trykker to overflader sammen, kan mindre ufuldkommenheder i hver overflade låse sig sammen, og der kan være attraktive kræfter mellem molekylerne i det ene materiale og det andet. Disse faktorer gør det sværere at flytte dem forbi hinanden. Du arbejder dog ikke på dette niveau, når du beregner friktionskraften, dog. I hverdagssituationer grupperer fysikere alle disse faktorer sammen i "koefficienten" μ

.
Beregning af friktionskraften

1. Find det normale Kraft
   
   

   Den "normale" kraft beskriver den kraft, som den overflade, et objekt hviler på (eller presses på), udøver på objektet. For en stille genstand på en plan overflade skal styrken nøjagtigt modsætte sig kraften på grund af tyngdekraften, ellers ville objektet bevæge sig i henhold til Newtons bevægelseslove. Den "normale" kraft ( N
   ) er navnet på den kraft, der udfører dette.
   

   Den virker altid vinkelret på overfladen. Dette betyder, at den normale kraft på en skråt overflade stadig peger direkte væk fra overfladen, mens tyngdekraften peger direkte nedad.
   

   Normalkraften kan ganske enkelt beskrives i de fleste tilfælde af:
   

   N
   
   \u003d mg
   
   

   Her repræsenterer m
   objektets masse, og g
   står for accelerationen på grund af tyngdekraften, der er 9,8 meter per sekund pr. sekund (m /s ^{2), eller netwons pr. kg (N /kg). Dette matcher simpelthen objektets "vægt".}
   

   For skrå overflader reduceres styrken af den normale kraft, jo mere overfladen skråner, så formlen bliver:
   

   N
   
   \u003d mg og cos ( θ)
   
   
   

   Med θ
   står for vinklen overfladen er tilbøjelig til.
   

   For en simpel eksempelberegning skal du overveje en flad overflade med en 2 kg træblok, der sidder på den. Den normale kraft peger direkte opad (for at understøtte vægten af blokken), og du ville beregne:
   

   N
   
   \u003d 2 kg × 9,8 N /kg \u003d 19.6 N
   

2. Find den rigtige koefficient
   
   

   Koefficienten afhænger af objektet og den specifikke situation, du arbejder med. Hvis objektet ikke allerede bevæger sig over overfladen, bruger du statisk friktionskoefficient μ
   
   _{statisk, men hvis det bevæger sig, bruger du koefficienten for glidende friktion < em> μ
   dias.}
   

   Generelt er glidefriktionskoefficienten mindre end statisk friktionskoefficient. Med andre ord er det lettere at glide noget, der allerede glider, end at glide noget, der stadig er.
   

   Materialerne, du overvejer, påvirker også koefficienten. Hvis for eksempel træblokken fra tidligere var på en murstenoverflade, ville koefficienten være 0,6, men for rent træ kan det være hvor som helst fra 0,25 til 0,5. For is på is er den statiske koefficient 0,1. Igen reducerer glidekoefficienten dette endnu mere til 0,03 for is på is og 0,2 for træ på træ. Slå disse op efter din overflade ved hjælp af en online tabel (se Ressourcer).
   

3. Beregn friktionskraften
   
   

   Formlen for friktionskraften angiver:
   

   F
   
   \u003d μN
   
   

   For eksempel skal du overveje en træblok med 2 kg masse på et træbord, der skubbes fra stationær. I dette tilfælde bruger du den statiske koefficient med μ
   <sub>statisk \u003d 0,25 til 0,5 til træ. At tage μ
   statisk \u003d 0,5 for at maksimere den potentielle effekt af friktion, og huske N
   
   \u003d 19,6 N fra tidligere, kraften er:</sub>
   

   F
   
   \u003d 0,5 × 19,6 N \u003d 9,8 N
   

   Husk, at friktion kun giver kraft til at modstå bevægelse, så hvis du begynder at skubbe den forsigtigt og få fastere, friktionskraften stiger til en maksimal værdi, hvilket er, hvad du lige har beregnet. Fysikere skriver undertiden F
   _{maks for at gøre dette punkt klart.}
   

   Når blokken er i bevægelse, bruger du μ
   
   _{slide \u003d 0,2, i dette tilfælde:}
   

   F
   
   <sub>slide
   
   \u003d μ
   dias N</sub>
   
   

   \u003d 0,2 × 19,6 N \u003d 3,92 N