Varje elev vet att när det är kontakt mellan två fasta ytor uppstår den så kallade friktionskraften. Låt oss i den här artikeln överväga vad det är, med fokus på punkten för applicering av friktionskraften.
Vilka typer av friktionskrafter finns det?
Innan man överväger tillämpningspunkten för friktionskraften är det nödvändigt att kort påminna om vilka typer av friktion som finns i naturen och teknologin.
Låt oss börja överväga statisk friktion. Denna typ kännetecknar tillståndet hos en fast kropp i vila på någon yta. Friktionen av vila förhindrar all förskjutning av kroppen från dess viloläge. Till exempel, på grund av verkan av just denna kraft, är det svårt för oss att flytta ett skåp som står på golvet.
Glidfriktion är en annan typ av friktion. Det visar sig vid kontakt mellan två ytor som glider på varandra. Glidfriktion motverkar rörelse (riktningen på friktionskraften är motsatt kroppens hastighet). Ett slående exempel på dess handling är en skidåkare eller skridskoåkare som glider på is på snö.
Äntligen, den tredje typen av friktion rullar. Det finns alltid när en kropp rullar på ytan av en annan. Till exempel, rullning av ett hjul eller lager är utmärkta exempel där rullande friktion är viktig.
De två första av de beskrivna typerna uppstår på grund av ojämnhet på gnidande ytor. Den tredje typen uppstår på grund av deformationshysteresen hos den rullande kroppen.
Appliceringspunkter för glid- och vilofriktionskrafter
Det sades ovan att den statiska friktionen förhindrar den externa verkande kraften, som tenderar att flytta föremålet längs kontaktytan. Detta innebär att riktningen för friktionskraften är motsatt riktningen för den yttre kraften parallellt med ytan. Appliceringspunkten för den avsedda friktionskraften är i kontaktområdet mellan två ytor.
Det är viktigt att förstå att den statiska friktionskraften inte är ett konstant värde. Den har ett maxvärde som beräknas med följande formel:
Ft=µtN.
Detta maxvärde visas dock endast när kroppen börjar sin rörelse. I alla andra fall är den statiska friktionskraften exakt lika i absolut värde med den parallella ytan av den yttre kraften.
När det gäller punkten för applicering av kraften från glidfriktion, skiljer den sig inte från den för statisk friktion. På tal om skillnaden mellan statisk och glidande friktion bör den absoluta betydelsen av dessa krafter noteras. Således är kraften av glidfriktion för ett givet materialpar ett konstant värde. Dessutom är den alltid mindre än den maximala kraften för statisk friktion.
Som du kan se, sammanfaller inte punkten för applicering av friktionskrafter med kroppens tyngdpunkt. Detta innebär att krafterna i fråga skapar ett moment som tenderar att välta den glidande kroppen framåt. Det senare kan observeras när cyklisten bromsar hårt med framhjulet.
Rullande friktion och dess appliceringspunkt
Eftersom den fysiska orsaken till rullfriktionen skiljer sig från den för de typer av friktion som diskuterats ovan, har punkten för applicering av rullfriktionskraften en något annorlunda karaktär.
Anta att bilens hjul är på trottoaren. Det är uppenbart att detta hjul är deformerat. Arean av dess kontakt med asf alt är lika med 2dl, där l är bredden på hjulet, 2d är längden på den laterala kontakten mellan hjulet och asf alten. Kraften av rullande friktion, i sin fysiska essens, manifesterar sig i form av ett reaktionsmoment hos stödet riktat mot hjulets rotation. Detta moment beräknas enligt följande:
M=Nd
Om vi dividerar det och multiplicerar det med radien på hjulet R, får vi:
M=Nd/RR=FtR där Ft=Nd/R
Den rullande friktionskraften Ft är alltså faktiskt stödets reaktion, vilket skapar ett kraftmoment som tenderar att sakta ner hjulets rotation.
Punkten för applicering av denna kraft är riktad vertik alt uppåt i förhållande till planets yta och förskjuts åt höger från massans centrum med d (förutsatt att hjulet rör sig från vänster till höger).
Exempel på problemlösning
HandlingFriktionskrafter av något slag tenderar att bromsa kropparnas mekaniska rörelser, samtidigt som deras kinetiska energi omvandlas till värme. Låt oss lösa följande problem:
bar glider på en lutande yta. Det är nödvändigt att beräkna accelerationen av dess rörelse om det är känt att koefficienten för glidning är 0,35 och ytans lutningsvinkel är 35o.
Låt oss överväga vilka krafter som verkar på ribban. Först riktas gravitationskomponenten nedåt längs glidytan. Det är lika med:
F=mgsin(α)
För det andra verkar en konstant friktionskraft uppåt längs planet, som är riktad mot kroppens accelerationsvektor. Det kan bestämmas med formeln:
Ft=µtN=µtmgcos (α)
Då kommer Newtons lag för en stång som rör sig med acceleration a att ha formen:
ma=mgsin(α) - µtmgcos(α)=>
a=gsin(α) - µtgcos(α)
Om att ersätta data med jämlikhet får vi att a=2,81 m/s2. Observera att den hittade accelerationen inte beror på stångens massa.
