Rullende friktion: Definition, koefficient, formel (uden eksempler)

Friktion er en del af hverdagen. Mens du i idealiserede fysikproblemer ofte ignorerer ting som luftmodstand og friktionskraft, hvis du nøjagtigt vil beregne bevægelse af genstande over en overflade, skal du redegøre for interaktioner på kontaktpunktet mellem objektet og overfladen.

Dette betyder normalt, at man arbejder med glidende friktion, statisk friktion eller rullende friktion, afhængigt af den specifikke situation. Selvom en rullende genstand som en kugle eller et hjul klart oplever mindre friktionskraft end en genstand, du skal glide, skal du stadig lære at beregne rullemodstand for at beskrive bevægelse af genstande som bildæk på asfalt.
Definition af rullende friktion -

Rullefriktion er en type kinetisk friktion, også kendt som rullemodstand
, der gælder for rullende bevægelse (i modsætning til glidende bevægelse - den anden type kinetisk friktion) og er imod rullende bevægelse i det væsentlige på samme måde som andre former for friktionskraft.

Generelt involverer rullering ikke så meget modstand som glidning, så rullende friktionskoefficient
på en overfladen er typisk mindre end friktionskoefficienten til glidning eller statiske situationer på den samme overflade.

Rulningsprocessen (eller ren valsning, dvs. uden glidning) er meget forskellig fra glidning, fordi rullering inkluderer yderligere friktion som hver nye poi nt på genstanden kommer i kontakt med overfladen. Som et resultat af dette er der på ethvert givet tidspunkt et nyt kontaktpunkt, og situationen ligner øjeblikkeligt den statiske friktion.

Der er mange andre faktorer ud over overfladeruheden, der også påvirker rullende friktion; for eksempel påvirker størrelsen af genstanden og overfladen til den rullende bevægelse, når de er i kontakt, styrken af styrken. For eksempel oplever bil- eller lastbildæk mere rullemodstand, når de blæses op til et lavere tryk. Ud over de direkte kræfter, der skubber på et dæk, skyldes noget af energitabet varme, kaldet hysterese-tab.
Ligning for rullende friktion

Ligningen for rullende friktion er stort set det samme som ligningerne for glidende friktion og statisk friktion, undtagen med rullende friktionskoefficient i stedet for den lignende koefficient for andre typer friktion.

Brug af F
_{k, r for kraften i rullende friktion (dvs. kinetisk, rullende), F
n for den normale kraft og μ
k, r for koefficienten for rullende friktion , ligningen er:
F_ {k, r} \u003d μ_ {k, r} F_n}

Da rullende friktion er en kraft, er enheden af F
_{k, r newton . Når du løser problemer, der involverer en rullende krop, skal du slå den specifikke koefficient for rullende friktion til dine specifikke materialer op. Engineering Toolbox er generelt en fantastisk ressource til denne type ting (se Ressourcer).}

Som altid har den normale kraft ( F
_{n) den samme størrelse af vægten ( dvs. mg
, hvor m
er massen og g
\u003d 9,81 m /s ^{2) af objektet på en vandret overflade (antages ingen anden kræfter virker i den retning), og det er vinkelret på overfladen på kontaktpunktet. Hvis overfladen er skråtstillet θ
, er størrelsen af den normale kraft givet af mg og cos ( θ
).
Beregninger med kinetisk friktion}}

Beregning af rullende friktion er i de fleste tilfælde en ret ligetil proces. Forestil dig en bil med en masse m
\u003d 1.500 kg, der kører på asfalt og med μ
_{k, r \u003d 0,02. Hvad er rullemodstanden i dette tilfælde?}

Brug af formlen sammen med F
_{n \u003d mg
(på en vandret overflade):
\\ begynde {justeret} F_ {k, r} & \u003d μ_ {k, r} F_n \\\\ & \u003d μ_ {k, r} mg \\\\ & \u003d 0,02 × 1500 \\; \\ tekst {kg} × 9,81 \\; \\ tekst {m /s} ^ 2 \\\\ & \u003d 294 \\; \\ tekst {N} \\ ende {justeret}}

Du kan se, at kraften på grund af rullende friktion forekommer betydelig i dette tilfælde, dog i betragtning af bilens masse , og ved hjælp af Newtons anden lov, udgør dette kun en deceleration på 0,196 m /s ^{2. I}

Hvis den samme bil kørte op ad en vej med en stigning på 10 grader, skulle du bruge F
_{n \u003d mg og cos ( θ
), og resultatet ændrede sig:
\\ begynde {justeret} F_ {k, r} & \u003d μ_ {k, r} F_n \\\\ & \u003d μ_ {k, r} mg \\ cos (\\ theta) \\\\ & \u003d 0,02 × 1500 \\; \\ tekst {kg} × 9,81 \\; \\ tekst {m /s} ^ 2 × \\ cos (10 °) \\\\ & \u003d 289,5 \\; \\ tekst { N} \\ ende {rettet}}

Fordi den normale kraft reduceres på grund af hældningen, reduceres friktionskraften med den samme faktor.

Du kan også beregne koefficienten for rullende friktion, hvis du kender rullende friktionskraft og størrelsen på den normale kraft ved hjælp af følgende omformulerede formel:
μ_ {k, r} \u003d \\ frac {F_ {k, r}} {F_n}

Forestil dig et cykeldæk rulle på en vandret betonoverflade med F
_{n \u003d 762 N og F
k, r \u003d 1,52 N, er friktionskoefficienten:
\\ begynde {justeret} μ_ {k, r} & \u003d \\ frac {F_ {k, r}} {F_n} \\\\ & \u003d \\ frac {1.52 \\; \\ text {N}} {762 \\; \\ text {N} } \\\\ & \u003d 0,002 \\ ende {justeret}}