Vsebina
Površine izvajajo treno silo, ki se upira drsnim gibom, zato morate izračunati velikost te sile kot del mnogih fizikalnih težav. Količina trenja je v glavnem odvisna od "normalne sile", ki površino izvaja na predmete, ki sedijo na njih, kot tudi značilnosti določene površine, o kateri razmišljate. Za večino namenov lahko uporabite formulo F = μN za izračun trenja s N stoji za "normalno" silo in "μ", Ki vključuje značilnosti površine.
TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
Izračunajte silo trenja po formuli:
F = μN
Kje N je normalna sila in μ je koeficient trenja za vaše materiale in ne glede na to, ali so nepremični ali se premikajo. Normalna sila je enaka teži predmeta, zato lahko to zapišemo tudi:
F = μmg
Kje m je masa predmeta in g je pospešek zaradi gravitacije. Trenje deluje kot nasprotovanje gibanju predmeta.
Kaj je trenje?
Trenje opisuje silo med dvema površinama, ko poskušate premikati eno čez drugo. Sila se upira gibanju in v večini primerov sila deluje v nasprotni smeri od gibanja. Na molekulskem nivoju, ko pritisnete dve površini skupaj, se lahko manjše nepopolnosti na vsaki površini zapletejo in med molekulami enega materiala in drugega se lahko pojavijo privlačne sile. Ti dejavniki jih težje premikajo drug mimo drugega. Čeprav ne računate sile trenja, na tej ravni ne delujete. Za vsakdanje situacije fiziki vse te dejavnike združijo v „koeficient“ μ.
Izračun sile trenja
"Normalna" sila opisuje silo, ki jo površina, na katero objekt počiva (ali jo pritisne), izvaja na objekt. Pri mirujočem objektu na ravni površini mora sila natančno nasprotovati sili zaradi gravitacije, sicer bi se objekt premikal v skladu z Newtonovimi zakoni gibanja. "Normalna" sila (N) je ime za silo, ki to stori.
Vedno deluje pravokotno na površino. To pomeni, da bi normalna sila na nagnjeni površini še vedno kazala neposredno stran od površine, medtem ko bi sila teže usmerila neposredno navzdol.
Normalno silo lahko v večini primerov preprosto opišemo z:
N = mg
Tukaj, m predstavlja maso predmeta in g pomeni pospešek zaradi gravitacije, ki znaša 9,8 metra na sekundo (m / s)2) ali neto na kilogram (N / kg). To se preprosto ujema z "težo" predmeta.
Pri nagnjenih površinah se moč normalne sile zmanjša, bolj ko je površina nagnjena, tako formula postane:
N = mg cos (θ)
Z θ stoji za kotom, na katerega je površina nagnjena.
Za preprost primer izračuna upoštevajte ravno površino z 2-kilogramskim lesenim blokom. Normalna sila bi bila usmerjena neposredno navzgor (za podporo teže bloka) in izračunali bi:
N = 2 kg × 9,8 N / kg = 19,6 N
Koeficient je odvisen od predmeta in posebne situacije, s katero delate. Če se objekt že ne premika po površini, uporabite koeficient statičnega trenja μstatična, če pa se premika, uporabite koeficient trenja drsenja μzdrs.
Na splošno je koeficient trenja drsenja manjši od koeficienta statičnega trenja. Z drugimi besedami, lažje je drseti nekaj, kar je že drsno, kot pa drsiti nekaj, kar je še vedno.
Materiali, o katerih razmišljate, vplivajo tudi na koeficient. Na primer, če bi bil blok lesa od prej na opečni površini, bi koeficient znašal 0,6, pri čistem lesu pa je lahko od 0,25 do 0,5. Za led na ledu je statični koeficient 0,1. Spet drsni koeficient to še bolj zmanjša, na 0,03 za led na ledu in 0,2 za les na lesu. Poiščite te površine po spletni tabeli (glejte Viri).
Formula sile trenja določa:
F = μN
Za primer razmislite o lesenem bloku mase 2 kg na leseni mizi, ki ga potiskate iz mirujočega. V tem primeru uporabite statični koeficient, s μstatična = 0,25 do 0,5 za les. Jemanje μstatična = 0,5 za povečanje možnega učinka trenja in zapomnitev N = 19,6 N od prej, sila je:
F = 0,5 × 19,6 N = 9,8 N
Ne pozabite, da trenje zagotavlja samo silo, da se upirate gibanju, tako da, če začnete rahlo pritiskati in se okrepiti, se bo sila trenja povečala na največjo vrednost, kar ste pravkar izračunali. Fiziki včasih pišejo Fmaks da to razjasnim.
Ko se blok premakne, uporabite μzdrs = 0,2, v tem primeru:
Fzdrs = μzdrs N
= 0,2 × 19,6 N = 3,92 N