Vsebina
Večina ljudi trenje razume na intuitiven način. Ko poskušate predmet potisniti vzdolž površine, se stik med objektom in površino upira vašemu pritisku navzgor do določene potisne moči. Matematično izračunavanje sile trenja običajno vključuje "koeficient trenja", ki opisuje, koliko se dva posebna materiala "držijo", da se upirajo gibanju, in nekaj, kar imenujemo "normalna sila", ki se nanaša na maso predmeta. Če pa ne poznate koeficienta trenja, kako delujete na silo? To lahko dosežete tako, da poiščete standardni rezultat v spletu ali izvedete majhen eksperiment.
Eksperimentalno iskanje sile trenja
Z zadevnim predmetom in majhnim odsekom površine se lahko prosto premikate, da postavite nagnjeno klančino. Če ne morete uporabiti celotne površine ali celega predmeta, uporabite kos nečesa, narejenega iz istega materiala. Če imate na primer popločan tla kot površino, lahko za izdelavo klančine uporabite eno ploščico. Če imate kot predmet leseno omarico, uporabite drug, manjši predmet, narejen iz lesa (v idealnem primeru s podobnim zaključkom na lesu). Bolj ko se lahko približate resničnemu stanju, bolj natančen bo vaš izračun.
Poskrbite, da lahko prilagodite naklon ploščadi tako, da zložite niz knjig ali kaj podobnega, tako da lahko prilagodite njegovo največjo višino.
Bolj ko je površina nagnjena, več sile zaradi gravitacije bo delovalo, da jo potegne navzdol po ploščadi. Sila trenja deluje proti temu, toda na neki točki ga sila zaradi gravitacije premaga. To vam pove največjo silo trenja teh materialov, fiziki pa to opišejo s koeficientom statičnega trenja (μstatična). Poskus vam omogoča, da najdete vrednost za to.
Predmet postavite na površino pod plitvim kotom, ki ne bo spodrsal po ploščadi. Postopoma povečajte nagib rampe, tako da dodate knjige ali druge tanke predmete v svoj kup in poiščite najbolj strm naklon, na katerem se lahko držite, ne da bi se predmet premikal. Boste se borili za natančen odgovor, vendar bo vaša najboljša ocena dovolj blizu resnični vrednosti izračuna. Izmerite višino klančine in dolžino podlage klančine, ko je ta naklon. V bistvu obravnavate klančino kot oblikovanje pravokotnega trikotnika s tlemi in merjenje dolžine in višine trikotnika.
Matematika za situacijo deluje lepo in izkaže se, da tangenta kota naklona pove vrednost koeficienta. Torej:
μstatična = porumen (θ)
Ali pa, ker je tan = nasproti / sosednji = dolžina osnove / višine, izračunate:
μstatična = porumen (dolžina podlage / višina rampe)
Dopolnite ta izračun in poiščite vrednost koeficienta za vašo specifično situacijo.
Nasveti
F = μstatična N
Kje za "N"Pomeni normalno moč. Za ravno površino je vrednost tega enaka teži predmeta, zato lahko uporabite:
F = μstatična mg
Tukaj, m je masa predmeta in g je pospešek zaradi gravitacije (9,8 m / s)2).
Na primer, les na kamniti površini ima koeficient trenja μstatična = 0,3, tako da uporabite to vrednost za 10-kilogramsko (kg) leseno omaro na kamniti površini:
F = μstatična mg
= 0,3 × 10 kg × 9,8 m / s2
= 29,4 newtonov
Iskanje sile trenja brez eksperimenta
Poiščite v spletu in poiščite koeficient trenja med dvema snovma. Na primer, avtomobilska pnevmatika na asfaltu ima koeficient μstatična = 0,72, led na lesu ima μstatična = 0,05, les na opeki pa ima μstatična = 0,6. Poiščite vrednost za svojo situacijo (vključno z uporabo drsnega koeficienta, če trenja ne računate iz mirovanja) in si ga zabeležite.
Naslednja enačba vam pove moč sile trenja (s koeficientom statičnega trenja):
F = μstatična N
Če je vaša površina ravna in vzporedna s tlemi, lahko uporabite:
F = μstatična mg
Če ni, je normalna sila šibkejša. V tem primeru poiščite kot naklona θ, in izračunajte:
F = cos (θ) μstatična mg
Na primer z uporabo 1 kg ledu na lesu, nagnjenega na 30 °, in si tega zapomnite g = 9,8 m / s2, to daje:
F = cos (θ) μstatična mg
= cos (30 °) × 0,05 × 1 kg × 9,8 m / s2
= 0,424 newtonov