Friktion är den fysiska processen utan vilken själva rörelsen i vår värld inte skulle kunna existera. Inom fysiken, för att beräkna det absoluta värdet av friktionskraften, är det nödvändigt att känna till en speciell koefficient för de gnidytor som övervägs. Hur hittar man friktionskoefficienten? Den här artikeln kommer att besvara den här frågan.
Friction in physics
Innan man svarar på frågan om hur man hittar friktionskoefficienten är det nödvändigt att överväga vad friktion är och vilken kraft den kännetecknas av.
Inom fysiken finns det tre typer av denna process som sker mellan fasta föremål. Detta är friktionen av vila, glidning och rullning. Friktion uppstår alltid när en yttre kraft försöker flytta ett föremål. Glidfriktion, som namnet antyder, uppstår när en yta glider över en annan. Slutligen uppstår rullfriktion när ett runt föremål (hjul, kula) rullar på någon yta.
Vad alla typer har gemensamt är att de hindrar någonrörelse och punkten för applicering av deras krafter är i kontaktområdet mellan ytorna på två föremål. Alla dessa typer omvandlar också mekanisk energi till värme.
Glidkrafterna och statisk friktion orsakas av mikroskopisk grovhet på ytor som skaver. Dessutom beror dessa typer på dipol-dipol och andra typer av interaktioner mellan atomer och molekyler som bildar gnidande kroppar.
Orsaken till rullfriktion är relaterad till hysteresen av elastisk deformation som uppstår vid kontaktpunkten mellan det rullande föremålet och ytan.
Friktionskraft och friktionskoefficient
Alla tre typerna av solida friktionskrafter beskrivs med uttryck som har samma form. Här är hon:
Ft=µtN.
Här är N kraften som verkar vinkelrätt mot ytan på kroppen. Det kallas stödreaktionen. Värdet µt- kallas koefficienten för motsvarande typ av friktion.
Koefficienter för glid- och vilofriktion är dimensionslösa storheter. Detta kan förstås genom att titta på likheten mellan friktionskraften och friktionskoefficienten. Den vänstra sidan av ekvationen uttrycks i newton, den högra sidan uttrycks också i newton, eftersom N är en kraft.
När det gäller rullfriktion kommer koefficienten för den också att vara ett dimensionslöst värde, men den definieras som förhållandet mellan den linjära egenskapen för elastisk deformation och radien för det rullande föremålet.
Det ska sägas att de typiska värdena för koefficienterna för glidning och vilofriktion är tiondelar av en enhet. För friktionrullande motsvarar denna koefficient hundradelar och tusendelar av en enhet.
Hur hittar man friktionskoefficienten?
Koefficient µt beror på ett antal faktorer som är svåra att ta hänsyn till matematiskt. Vi listar några av dem:
- material för gnidning av ytor;
- ytkvalitet;
- närvaron av smuts, vatten och så vidare;
- yttemperaturer.
Därför finns det ingen formel för µt, och den måste mätas experimentellt. För att förstå hur man hittar friktionskoefficienten bör den uttryckas från formeln för Ft. Vi har:
µt =Ft/N.
Det visar sig att för att veta µtdet är nödvändigt att hitta friktionskraft och stödreaktion.
Motsvarande experiment utförs enligt följande:
- Ta en kropp och ett plan, till exempel av trä.
- Kläm fast dynamometern mot kroppen och flytta den jämnt över ytan.
Samtidigt visar dynamometern en viss kraft, som är lika med Ft. Markreaktionen är lika med kroppens vikt på en horisontell yta.
Den beskrivna metoden låter dig förstå vad koefficienten för statisk och glidande friktion är. På liknande sätt kan du experimentellt bestämma µtrullande.
En annan experimentell metod för att bestämma µt ges i form av ett problem i nästa stycke.
Problem med att beräkna µt
Träbalken är på glasytan. Genom att mjukt luta ytan fann vi att strålens glidning börjar med en lutningsvinkel på 15o. Vad är den statiska friktionskoefficienten för ett par trä-glas?
När strålen befann sig på ett lutande plan vid 15o, då hade vilofriktionskraften för den ett maxim alt värde. Det är lika med:
Ft=mgsin(α).
Force N bestäms av formeln:
N=mgcos(α).
När vi använder formeln för µt får vi:
µt=Ft/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).
Genom att ersätta vinkeln α kommer vi fram till svaret: µt=0, 27.
