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

Glidende friktion, mere ofte benævnt kinetisk friktion, er en kraft, der modsætter sig glidebevægelsen af to overflader, der bevæger sig forbi hinanden. I modsætning hertil er statisk friktion en type friktionskraft mellem to overflader, der skubber mod hinanden, men ikke glider i forhold til hinanden. (Forestil dig at skubbe på en stol, inden den begynder at glide hen over gulvet. Kraften, du anvender inden glidningen begynder, modsættes af statisk friktion.)

Glidningsfriktion involverer typisk mindre modstand end statisk friktion, hvorfor du ofte nødt til at skubbe hårdere for at få et objekt til at begynde at glide end for at holde det glidende. Størrelsen af friktionskraften er direkte proportional med størrelsen af den normale kraft. Husk, at den normale kraft er kraften vinkelret på overfladen, der modvirker alle andre kræfter, der anvendes i den retning.

Proportionalitetskonstanten er en enhedsløs mængde kaldet friktionskoefficienten, og den varierer afhængigt af overfladerne I kontakt. (Værdier for denne koefficient er typisk slået op i tabeller.) Friktionskoefficienten er normalt repræsenteret af det græske bogstav μ
med et underskrift k
, der indikerer kinetisk friktion. Formel for friktionskraft er givet af:
F_f \u003d \\ mu_kF_N

Hvor F _{N
er størrelsen på den normale kraft, er enhederne i newtoner (N) og retningen af denne kraft er modsat bevægelsesretningen.
Rulningsfriktion Definition}

Rulemodstand kaldes undertiden rullende friktion, skønt den ikke nøjagtigt er en friktionskraft, fordi den ikke er resultatet af to overflader i kontakt forsøger at skubbe mod hinanden. Det er en modstandskraft, der hidrører fra energitab på grund af deformationer af det rullende objekt og overfladen.

Ligesom med friktionskræfter er størrelsen af rullemodstandskraften imidlertid direkte proportional med størrelsen af den normale kraft med en konstant proportionalitet, der afhænger af overfladerne i kontakt. Mens μ _{r
undertiden bruges til koefficienten, er det mere almindeligt at se C rr
, hvilket gør ligningen for rullemodstandsstørrelsen følgende:
F_r \u003d C_ {rr} F_N}

Denne kraft virker modsat bevægelsesretningen.
Eksempler på glidende friktion og rullemodstand.

Lad os overveje et friktionseksempel, der involverer en dynamikvogn, der findes i en typisk fysik klasseværelset og sammenlign den acceleration, hvormed den kører ned ad et metalspor, der er skråtstillet ved 20 grader i tre forskellige scenarier:

Scenario 1: Der er ingen friktion eller modstandsdygtige kræfter, der virker på vognen, da den ruller frit uden at glide ned ad spor.

Først tegner vi diagrammet med frit legeme. Tyngdekraften, der peger lige ned, og den normale kraft, der peger vinkelret på overfladen, er de eneste kræfter, der virker.

(billede 1)

Nettokraftsligningerne er:
F_ { netx} \u003d F_g \\ sin {\\ theta} \u003d ma \\\\ F_ {nety} \u003d F_N-F_g \\ cos (\\ theta) \u003d 0

Lige væk kan vi løse den første ligning til acceleration og plug-in værdier for at få svar:
F_g \\ sin {\\ theta} \u003d ma \\\\ \\ implicerer mg \\ sin (\\ theta) \u003d ma \\\\ \\ implicerer a \u003d g \\ sin (\\ theta) \u003d 9.8 \\ sin (20) \u003d \\ boxed {3.35 \\ text {m /s} ^ 2}

Scenario 2: Rullemodstand fungerer på vognen, når den ruller frit uden at glide ned ad banen.

Her antager vi en koefficient for rullemodstand på 0,0065, som er baseret på et eksempel, der findes i et papir fra US Naval Academy.

Nu inkluderer vores fritlegeme diagram rullemodstand, der virker op ad banen:

(Billede 2)

Vores nettokraft ligninger bliver:
F_ {netx} \u003d F_g \\ sin {\\ theta} -F_r \u003d ma \\\\ F_ {nety} \u003d F_N-F_g \\ cos (\\ theta) \u003d 0

Fra den anden ligning kan vi løse for F < sub> N
, sæt resultatet i udtrykket for friktion i den første ligning, og løs for a
:
F_N-F_g \\ cos (\\ theta) \u003d 0 \\ implicerer F_N \u003d F_g \\ cos (\\ theta) \\\\ F_g \\ sin (\\ theta) -C_ {rr} F_N \u003d F_g \\ sin (\\ theta) -C_ {rr} F_g \\ cos (\\ theta) \u003d ma \\\\ \\ antyder \\ annullere mg \\ sin (\\ theta) -C_ {rr} \\ annullere mg \\ cos (\\ theta) \u003d \\ annullere ma \\\\ \\ indebærer a \u003d g (\\ sin (\\ theta) -C_ {rr} \\ cos (\\ theta)) \u003d 9.8 (\\ sin (20) -0.0065 \\ cos (20)) \\\\ \u003d \\ boxed {3.29 \\ text {m /s} ^ 2}

Scenario 3: Vognens hjul er låst på plads, og det glider nede på sporet, hindret af kinetisk friktion.

Her vil vi bruge en kinetisk friktionskoefficient på 0,2, som er i midten af det værdiområde, der typisk er angivet for plast på metal.

Vores fritlegeme diagram ligner meget rullemodstanden bortset fra at det er en glidende friktionskraft, der virker op ad rampen:

(billede 3)

Vores nettokraft ligninger bliver:
F_ {netx} \u003d F_g \\ sin {\\ theta} -F_k \u003d ma \\\\ F_ {nety} \u003d F_N-F_g \\ cos (\\ theta) \u003d 0

Og igen løser vi for a
i en si milet mode:
F_N-F_g \\ cos (\\ theta) \u003d 0 \\ implicerer F_N \u003d F_g \\ cos (\\ theta) \\\\ F_g \\ sin (\\ theta) - \\ mu_kF_N \u003d F_g \\ sin (\\ theta) - \\ mu_kF_g \\ cos (\\ theta) \u003d ma \\\\ \\ implicerer \\ annullere mg \\ sin (\\ theta) - \\ mu_k \\ annullere mg \\ cos (\\ theta) \u003d \\ annullere ma \\\\ \\ implicerer a \u003d g (\\ sin (\\ theta) - \\ mu_k \\ cos (\\ theta)) \u003d 9,8 (\\ sin (20) -0,2 \\ cos (20)) \\\\ \u003d \\ boxed {1,51 \\ text {m /s} ^ 2}

Bemærk, at accelerationen med rullemodstanden er meget tæt på det friktionsfrie tilfælde, mens glidefriktionshuset er markant anderledes. Dette er grunden til, at rullemodstand forsømmes i de fleste situationer, og hvorfor hjulet var en genial opfindelse!