Fenomenet friktion i mänskligt liv spelar både en positiv och en negativ roll. Å ena sidan, utan dess närvaro, skulle rörelse vara omöjlig, å andra sidan, på grund av friktion, uppstår enorma förluster av energi och arbetsmaterial. I artikeln kommer vi att överväga ur fysikens synvinkel vad friktion är, samt hur man hittar friktionskoefficienten.
Friktionsfenomen
Friktion är ett kontaktfenomen som uppstår i kontaktzonen mellan olika kroppar, och som motverkar någon av deras inbördes rörelser.
I fasta ämnens rörelsemekanik särskiljs tre typer av friktion:
- agerar i vila;
- agerar samtidigt som ytorna glider över varandra;
- orsakad av rullande kroppar.
Vilofriktion uppstår när vi applicerar en extern tangentiell kraft på en yta på en kropp för att flytta den. Ett slående exempel på glidfriktion är glidning av skidor på snö. Slutligen friktion under rullningvisar sig när fordonets hjul rullar på vägen.
Formel för att bestämma friktionskraften
Inom fysiken beskrivs de angivna typerna av friktion med samma formel vid beräkning av de verkande krafterna. Den här formeln ser ut så här:
Ft=µN.
Friktionskraften Ft är lika med produkten av friktionskoefficienten µ och stödreaktionen N. När man överväger motsvarande typ av friktion gäller endast värdet av koefficienten µ, som är en dimensionslös mängd, ändras.
I fallet med statiska och glidande friktionskrafter är värdet på µ ungefär tiondelar av en enhet. µ beror på kontaktmaterialen, på deras ytjämnhet, och beror inte på kontaktytan eller glidhastigheten.
För rullfriktion beror koefficienten µ (den brukar betecknas CR) på rullkroppens elasticitetsegenskaper, på dess hårdhet, på rullningsradien och några andra faktorer. För de flesta material är denna rullande faktor i hundra- och tusendelar av enhet.
Eftersom det finns många faktorer som påverkar värdet på µ, finns det ingen bestämd matematisk formel för beräkningen. För att svara på frågan om hur man hittar friktionskoefficienten bör det sägas att den mäts experimentellt.
Bestämma koefficienten µ
I det här stycket kommer vi att överväga två sätt att praktiskt bestämma värdet på µ med hjälp av exemplet glid- och vilofriktion.
Det första sättet att svara på frågan om hur man hittar friktionskoefficienten,består i att placera en stång på ett horisontellt plan, till vilken en dynamometer är fäst. Baren och planen är gjorda av det undersökta materialparet, till exempel glas och trä. Genom att flytta stången jämnt och hålla i dynamometern kan du bestämma glidkraften Ft. Genom att känna till stavens massa m, beräknas koefficienten µ enligt följande:
µ=Ft / (mg).
Den andra metoden är bekväm för att bestämma µ för statisk friktion. För att göra detta måste du placera en stång på ett horisontellt plan. Sedan ska ena änden av planet höjas långsamt, luta den i en viss vinkel mot horisonten. Vid en viss vinkel θ kommer stången att börja glida av ytan. Genom att mäta denna vinkel kan friktionskoefficienten µ bestämmas från ekvationen:
µ=tg(θ).
Mätning av µ för rullande friktion innebär att man använder en mer sofistikerad inställning som kallas en lutande pendel. Beräkningen av µ i detta fall utförs genom att studera ekvationerna för rörelsedynamik.
