Sådan finder man friktionskraften uden at kende friktionskoefficienten

De fleste forstår friktion på en intuitiv måde. Når du prøver at skubbe en genstand langs en overflade, modstår kontakten mellem objektet og overfladen din skubbe op til en vis skubningsstyrke. Beregning af friktionskraften matematisk involverer normalt "friktionskoefficienten", som beskriver hvor meget de to specifikke materialer "klæber sammen" for at modstå bevægelse, og noget kaldet den "normale kraft", der relaterer til objektets masse. Men hvis du ikke kender friktionskoefficienten, hvordan arbejder du så styrken på? Du kan opnå dette enten ved at slå et standardresultat online op eller gennemføre et lille eksperiment.
Find friktionskraften eksperimentelt

1. Opsæt en skråt overflade ved hjælp af lignende materialer
   
   

   Brug det pågældende objekt og et lille afsnit af overfladen, som du kan bevæge frit for at oprette en skrå rampe. Hvis du ikke kan bruge hele overfladen eller hele genstanden, skal du bare bruge et stykke af noget lavet af det samme materiale. For eksempel, hvis du har et flisebelagt gulv som overflade, kan du bruge en enkelt flise til at oprette rampen. Hvis du har et træskab som objekt, skal du bruge en anden, mindre genstand lavet af træ (ideelt med en lignende finish på træet). Jo tættere du kommer på den virkelige situation, desto mere nøjagtige bliver din beregning.
   

   Sørg for, at du kan justere rampens hældning ved at stable en række bøger eller lignende, så du kan gøre små justeringer af dens maksimale højde.
   

   Jo mere skråt overfladen er, jo mere vil kraft på grund af tyngdekraft arbejde for at trække den ned ad rampen. Friktionskraften virker imod dette, men på et tidspunkt overvinder kraften på grund af tyngdekraften den. Dette fortæller dig den maksimale friktionskraft for disse materialer, og fysikere beskriver dette gennem statisk friktionskoefficient ( μ
   _{statisk). Eksperimentet giver dig mulighed for at finde værdien for dette.}
   

2. Udfør eksperimentet
   
   

   Placer objektet oven på overfladen i en lav vinkel, der ikke får det til at glide ned ad rampe. Forøg gradvist stigningen på rampen ved at tilføje bøger eller andre tynde genstande til din stak, og find den stejleste hældning, du kan holde den på uden genstanden bevæger sig. Du kæmper for at få et helt præcist svar, men dit bedste estimat vil være tæt nok på den sande værdi til beregningen. Mål rampens højde og længden på rampens basis, når den er ved denne hældning. Du behandler i det væsentlige rampen som at danne en retvinklet trekant med gulvet og måle trekantens længde og højde.
   

3. Find friktionskoefficienten
   
   

   Matematik til situationen fungerer pænt, og det viser sig, at tangensen af hældningsvinklen fortæller dig værdien af koefficienten. Altså:
   

   μ
   
   _{statisk \u003d solbrun ( θ
   )}
   

   Eller fordi brændfarve \u003d modsat /tilstødende \u003d længde på base /højde, beregner du:
   

   μ
   
   _{statisk \u003d brunfarve (længde på base /rampehøjde)}
   

   Fuldfør denne beregning for at finde værdien for koefficienten for din specifikke situation.
   
   
   

   Tips
   

4. Er dette den rigtige koefficient?
   
   

   Hvis du prøver at finde ud af friktionskraften startende fra stationær, fortæller dette eksperiment dig den rigtige værdi. Imidlertid er friktion generelt ikke så stærk, hvis der allerede bevæger sig noget, men det ville være udfordrende at udføre dette eksperimentelt med begrænset udstyr. Hvis du har brug for denne "glidende" friktionskoefficient, skal du bruge den alternative metode nedenfor, men find koefficienten for glidende friktion i stedet for den for statisk friktion.
   
   
   

5. Beregning af friktionskraften
   
   

   F
   
   \u003d μ
   _{statisk N}
   
   

   Hvor " N
   ”står for den normale kraft. For en plan overflade er værdien af dette lig med objektets vægt, så du kan bruge:
   

   F
   
   \u003d μ
   _{statisk mg}
   
   

   Her er m
   objektets masse, og g
   er accelerationen på grund af tyngdekraften (9,8 m /s ^2).
   

   For eksempel har træ på en stenoverflade en friktionskoefficient på μ
   _{statisk \u003d 0,3, så brug af denne værdi til 10 kg (kg) ) træskab på en stenoverflade:}
   

   F
   
   \u003d μ
   _{statisk mg}
   
   

   
   
   \u003d 0,3 × 10 kg × 9,8 m /s ²
   

   \u003d 29,4 newton -
   Find the Friction Force Without an Eksperiment
   

   1. Find friktionskoefficienten for din situation
      
      

      Se online for at finde friktionskoefficienten mellem dine to stoffer. For eksempel har et bildæk på asfalt en koefficient μ
      _{statisk \u003d 0,72, is på træ har μ
      statisk \u003d 0,05 og træ på mursten har μ
      statisk \u003d 0,6. Find værdien for din situation (inklusive brug af glidekoefficienten, hvis du ikke beregner friktionen fra stationær), og noter den.}
      

   2. Multipliser den normale kraft med koefficienten
      
      

      Følgende ligning fortæller dig styrken af friktionskraften (med den statiske friktionskoefficient):
      

      F
      
      \u003d μ
      _{statisk N}
      
      

      Hvis din overflade er flad og parallel med jorden, kan du bruge:
      

      F
      \u003d μ
      _{statisk mg}
      
      

      Hvis det ikke er, er den normale kraft svagere. I dette tilfælde skal du finde vinklen på hældningen θ
      og beregne:
      

      F
      
      \u003d cos ( θ
      ) μ
      _{statisk mg}
      
      

      For eksempel ved at bruge en 1 kg isblok på træ, skråtstillet til 30 ° og huske at g
      \u003d 9,8 m /s ^{2, dette giver:}
      

      F
      
      \u003d cos ( θ
      ) μ
      _{statisk mg}
      
      

      \u003d cos (30 °) × 0,05 × 1 kg × 9,8 m /s ²
      

      
      \u003d 0,424 newtoner