De friksjon er motstanden mot forskyvning av en overflate som er i kontakt med en annen. Det er et overflatefenomen som oppstår mellom faste, flytende og gassformige materialer. Motstandskraften tangensiell for to flater i kontakt, som motsetter retningen til den relative forskyvningen mellom overflatene, kalles også friksjonskraft eller friksjonskraft Fr.
For å bevege en solid kropp på en overflate, må en ytre kraft påføres som kan overvinne friksjon. Når kroppen beveger seg, virker friksjonskraften på kroppen, reduserer den og kan til og med stoppe den..
Friksjonskraften kan representeres grafisk av kraftdiagrammet til et legeme i kontakt med en overflate. I dette diagrammet friksjonskraften Fr er tegnet mot komponenten av kraften som påføres kroppen, tangentiell til overflaten.
Kontaktoverflaten utøver en reaksjonskraft på kroppen som kalles normal kraft N. I noen tilfeller skyldes normal kraft bare vekt P av kroppen som hviler på overflaten, og i andre tilfeller skyldes det andre påførte krefter enn tyngdekraften.
Friksjon oppstår fordi det er mikroskopiske ruheter mellom overflatene i kontakt. Når du prøver å bevege den ene overflaten over den andre, oppstår friksjon mellom ruhetene som forhindrer fri bevegelse ved grensesnittet. I sin tur oppstår energitap i form av varme som ikke brukes til å bevege kroppen.
Artikkelindeks
Det er to hovedtyper av friksjon: friksjon av Coulomb eller tørr friksjon og flytende friksjon.
Friksjon Coulomb motarbeider alltid kroppens bevegelse og er delt inn i to typer friksjon: statisk friksjon og kinetisk (eller dynamisk) friksjon.
I statisk friksjon er det ingen bevegelse av kroppen på overflaten. Den påførte kraften er veldig lav og er ikke nok til å overvinne friksjonskraften. Friksjon har en maksimal verdi som er proporsjonal med normal kraft og kalles statisk friksjonskraft Fre.
Kraften til statisk friksjon er definert som den maksimale kraften som motstår begynnelsen på kroppens bevegelse. Når den påførte kraften overstiger den statiske friksjonskraften, holder den seg på sin maksimale verdi.
Kinetisk friksjon virker når kroppen allerede er i bevegelse. Kraften som kreves for å holde kroppen i bevegelse med friksjon kalles den kinetiske friksjonskraften. Frc.
Den kinetiske friksjonskraften er mindre enn eller lik den statiske friksjonskraften fordi når kroppen begynner å bevege seg, er det lettere å fortsette å bevege seg enn å prøve å gjøre det mens han er i ro..
Friksjon oppstår også når legemer beveger seg i kontakt med flytende eller gassformige materialer. Denne typen friksjon kalles fluidfriksjon og er definert som motstanden mot bevegelse av legemer i kontakt med en væske.
Væskefriksjon refererer også til motstanden til et fluid for å strømme i kontakt med væskelag av det samme eller et annet materiale, og avhenger av fluidets hastighet og viskositet. Viskositet er målet for motstanden mot bevegelse av en væske.
Stokes-friksjon er en type væskefriksjon der sfæriske partikler nedsenket i en viskøs væske, i laminær strømning, opplever en friksjonskraft som bremser bevegelsen deres på grunn av svingninger i væskens molekyler..
Strømmen er laminær når de tyktflytende kreftene, som motsetter fluidets bevegelse, er større enn treghetskreftene, og væsken beveger seg med tilstrekkelig liten hastighet og i en rettlinjet bane.
I henhold til den første loven om friksjon av Coulomb friksjonskoeffisienten μ er oppnådd fra forholdet mellom friksjonskraften og kraften normal til kontaktflaten.
μ = Fr/N
Koeffisienten μ det er en dimensjonsløs mengde, da det er et forhold mellom to krefter, som avhenger av naturen og behandlingen av materialene i kontakt. Generelt er verdien av friksjonskoeffisienten mellom 0 og 1.
Koeffisienten for statisk friksjon er proporsjonalitetskonstanten som eksisterer mellom kraften som forhindrer bevegelse av et legeme i hviletilstand på en kontaktflate og kraften normal til overflaten.
μog= Fre/ N
Koeffisienten for kinetisk friksjon er proporsjonalitetskonstanten som eksisterer mellom kraften som begrenser bevegelsen til et legeme som beveger seg på en overflate og kraften normal til overflaten.
μc= Frc/ N
Koeffisienten for statisk friksjon er større enn koeffisienten for kinetisk friksjon.
μs> μc
Den elastiske friksjonskoeffisienten er avledet fra friksjonen mellom kontaktflater av elastiske, myke eller grove materialer som deformeres av påførte krefter. Friksjon motarbeider den relative bevegelsen mellom to elastiske overflater, og forskyvningen ledsages av en elastisk deformasjon av materialets overflatelag..
Friksjonskoeffisienten oppnådd under disse forholdene avhenger av graden av overflateruhet, de fysiske egenskapene til materialene i kontakt og størrelsen på den tangentielle komponenten av skjærkraften ved materialgrensesnittet..
Koeffisienten for molekylær friksjon oppnås fra kraften som begrenser bevegelsen til en partikkel som glir på en glatt overflate eller gjennom en væske.
Friksjonskraften ved faste grensesnitt beregnes ved hjelp av ligningen Fr = μN
N er den normale kraften og μ er friksjonskoeffisienten.
I noen tilfeller er den normale kraften lik kroppens vekt P. Vekten oppnås ved å multiplisere massen m av kroppen ved akselerasjon av tyngdekraften g.
P= mg
Å erstatte vektligningen i friksjonskraftligningen gir:
Fr = μmg
Når et objekt er i ro på en flat overflate, er den normale kraften den som utøves av overflaten på kroppen, og den motarbeider kraften på grunn av tyngdekraften, i henhold til Newtons handlings- og reaksjonslov..
Den normale kraften virker alltid vinkelrett på overflaten. På en skrånende overflate avtar normal når den magre vinkelen øker og peker i en vinkelrett retning fra overflaten, mens vekten peker vertikalt nedover. Ligningen til den normale kraften på en skrå overflate er:
N = mgcosθ
θ = hellingsvinkelen til kontaktflaten.
Komponenten av kraften som virker på kroppen for å skyve den er:
F = mgsenθ
Når den påførte kraften øker, nærmer den seg den maksimale verdien av friksjonskraften, denne verdien er den som tilsvarer den statiske friksjonskraften. Når F = Fre, den statiske friksjonskraften er:
Fre= mgsenθ
Og koeffisienten for statisk friksjon oppnås ved tangens av hellingsvinkelen θ.
μog = såθ
En 15 kg boks plassert på en horisontal overflate skyves av en person som bruker en 50 Newton kraft over en overflate for å få den til å bevege seg, og deretter bruker en 25 N kraft for å holde boksen i bevegelse med konstant hastighet. Bestem koeffisientene for statisk og kinetisk friksjon.
Løsning: Med verdien av kraften som brukes for å flytte boksen, oppnås statisk friksjonskoeffisient μog.
μog= Fre/ N
Normal kraft N til overflaten er lik boksens vekt, så N = f.eks
N = 15kgx9,8m / sto
N = 147Nytt
I dette tilfellet, μog= 50Nytt / 147Nytt
μog= 0,34
Kraften som brukes for å holde boksens hastighet konstant er den kinetiske friksjonskraften som er lik 25Ny.
Koeffisienten for kinetisk friksjon er hentet fra ligningen μc= Frc / N
μc= 25Nytt / 147Nytt
μc= 0,17
En mann påfører en kraft på en 20 kg boks, med en påføringsvinkel på 30 ° i forhold til overflaten der den hviler. Hva er størrelsen på kraften som brukes for å flytte boksen hvis friksjonskoeffisienten mellom boksen og overflaten er 0,5?
Løsning: Den påførte kraften og dens vertikale og horisontale komponenter er representert i frikroppsdiagrammet.
Den påførte kraften gir en vinkel på 30 ° med den horisontale overflaten. Den vertikale komponenten av kraften legger til den normale kraften som påvirker kraften til statisk friksjon. Boksen beveger seg når den horisontale komponenten av den påførte kraften overstiger den maksimale verdien av friksjonskraften Fre. Å ligne den horisontale komponenten av kraften med den for statisk friksjon gir:
Fre = Fcosθ [1]
Fre= μog.N [to]
μog.N = Fcosθ [3]
Den normale kraften er ikke lenger kroppens vekt på grunn av kraftens vertikale komponent.
I følge Newtons andre lov er summen av kreftene som virker på boksen på den vertikale aksen null, derfor er den vertikale komponenten av akselerasjonen tilY= 0. Den normale kraften oppnås fra summen
F sin30 ° + N - P = 0 [4]
P = f.eks [5]
F sin 30 ° + N - m.g = 0 [6]
N = m.g - F sin 30 ° [7]
Å erstatte ligning [7] i ligning [3] gir følgende:
μog. (f.eks. - F sin 30 °) = Fcos30 ° [8]
Tømmer F fra ligning [8] og vi får:
F = μog . m.g / (cos 30 ° + μog sin 30 °) = 0,5 x 20 kg x 9,8 m / sto / (0,87+ (0,5 x 0,5)) =
F = 87,5 Ny
Et kjøretøy på 1,5 tonn kjører på en rett og vannrett vei med en hastighet på 70 km / t. Føreren ser hindringer på veien i en viss avstand som tvinger ham til å bremse kraftig. Etter bremsing glir kjøretøyet en kort stund til det stopper. Hvis friksjonskoeffisienten mellom dekkene og veien er 0,7; bestem følgende:
Løsning:
Frikartdiagrammet viser kreftene som virker på kjøretøyet når det glir..
Siden summen av kreftene som virker på den vertikale aksen er null, er den normale kraften lik kjøretøyets vekt.
N = f.eks
m = 1,5 tonn = 1500 kg
N = 1500 kg x 9,8 m / sto= 14700Nytt
Kjøretøyets friksjonskraft når den glir er:
Fr = μN = 0,7x14700Nytt
= 10290 Nyhet
Friksjonskraften påvirker avkjøringen av kjøretøyet når det glir.
Ved å anvende Newtons andre lov oppnås verdien av retardasjonen ved å løse ligningen F = m.a
a = F / m
a = (-10290 Ny) / 1500 kg
= -6,86m / sto
Starthastigheten til kjøretøyet er v0 = 70 km / t = 19,44 m / s
Når kjøretøyet stopper, er den endelige hastigheten vF = 0 og retardasjonen er a = -6,86m / sto
Avstanden kjøretøyet har kjørt, fra bremsing til stopp, oppnås ved rydding d fra følgende ligning:
vFto = v0to+2ad
d = (vFto - v0to) / 2.
= ((0)to-(19,44 m / s)to) / (2x (-6,86m / sto))
d = 27,54m
Kjøretøyet kjører 27,54m borte før du stopper.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.