Inhoud
Oppervlakken oefenen een wrijvingskracht uit die glijbewegingen weerstaat, en je moet de grootte van deze kracht berekenen als onderdeel van veel fysische problemen. De hoeveelheid wrijving hangt voornamelijk af van de "normale kracht" die oppervlakken uitoefenen op de objecten die erop zitten, evenals de kenmerken van het specifieke oppervlak dat u overweegt. Voor de meeste doeleinden kunt u de formule gebruiken F = uN om wrijving te berekenen, met N staat voor de "normale" kracht en "μ”Met de kenmerken van het oppervlak.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Bereken de wrijvingskracht met behulp van de formule:
F = uN
Waar N is de normale kracht en μ is de wrijvingscoëfficiënt voor uw materialen en of ze stilstaan of bewegen. De normale kracht is gelijk aan het gewicht van het object, dus dit kan ook worden geschreven:
F = μmg
Waar m is de massa van het object en g is de versnelling door zwaartekracht. De wrijving werkt tegen de beweging van het object.
Wat is wrijving?
Wrijving beschrijft de kracht tussen twee oppervlakken wanneer u probeert over elkaar te bewegen. De kracht is bestand tegen beweging en in de meeste gevallen werkt de kracht in de tegenovergestelde richting van de beweging. Neer op het moleculaire niveau, wanneer u twee oppervlakken tegen elkaar drukt, kunnen kleine onvolkomenheden in elk oppervlak in elkaar grijpen en kunnen er aantrekkelijke krachten zijn tussen de moleculen van het ene materiaal en het andere. Deze factoren maken het moeilijker om ze langs elkaar te verplaatsen. Je werkt echter niet op dit niveau wanneer je de wrijvingskracht berekent. Voor alledaagse situaties groeperen fysici al deze factoren samen in de 'coëfficiënt' μ.
De wrijvingskracht berekenen
De "normale" kracht beschrijft de kracht die het oppervlak waarop een object rust (of waarop wordt gedrukt) op het object uitoefent. Voor een stilstaand object op een plat oppervlak moet de kracht zich precies verzetten tegen de kracht vanwege de zwaartekracht, anders zou het object bewegen volgens de bewegingswetten van Newton. De "normale" kracht (N) is de naam voor de kracht die dit doet.
Het werkt altijd loodrecht op het oppervlak. Dit betekent dat op een hellend oppervlak de normale kracht nog steeds rechtstreeks van het oppervlak af wijst, terwijl de zwaartekracht direct naar beneden wijst.
De normale kracht kan in de meeste gevallen eenvoudig worden beschreven door:
N = mg
Hier, m vertegenwoordigt de massa van het object, en g staat voor de versnelling ten gevolge van de zwaartekracht, die 9,8 meter per seconde per seconde is (m / s2), of netwonen per kilogram (N / kg). Dit komt eenvoudig overeen met het "gewicht" van het object.
Voor hellende oppervlakken, wordt de sterkte van de normale kracht verminderd naarmate het oppervlak meer helt, dus de formule wordt:
N = mg cos (θ)
Met θ staat voor de hoek waartegen het oppervlak neigt.
Overweeg voor een eenvoudige voorbeeldberekening een vlak oppervlak met een blok hout van 2 kg erop. De normale kracht zou direct naar boven wijzen (ter ondersteuning van het gewicht van het blok) en u zou berekenen:
N = 2 kg × 9,8 N / kg = 19,6 N
De coëfficiënt is afhankelijk van het object en de specifieke situatie waarmee u werkt. Als het object nog niet over het oppervlak beweegt, gebruikt u de statische wrijvingscoëfficiënt μstatisch, maar als het beweegt, gebruik je de glijcoëfficiënt μglijbaan.
In het algemeen is de glijcoëfficiënt kleiner dan de statische wrijvingscoëfficiënt. Met andere woorden, het is gemakkelijker om iets te schuiven dat al aan het schuiven is dan om iets te schuiven dat nog steeds schuift.
De materialen die u overweegt, hebben ook invloed op de coëfficiënt. Als het blok hout van eerder op een baksteenoppervlak was, zou de coëfficiënt 0,6 zijn, maar voor schoon hout kan dit ergens liggen tussen 0,25 en 0,5. Voor ijs op ijs is de statische coëfficiënt 0,1. Nogmaals, de glijcoëfficiënt vermindert dit zelfs nog meer, tot 0,03 voor ijs op ijs en 0,2 voor hout op hout. Zoek deze op voor je oppervlak met behulp van een online tabel (zie bronnen).
De formule voor de wrijvingskracht luidt:
F = uN
Overweeg bijvoorbeeld een houten blok van 2 kg massa op een houten tafel, die van stationair wordt geduwd. In dit geval gebruikt u de statische coëfficiënt, met μstatisch = 0,25 tot 0,5 voor hout. Nemen μstatisch = 0,5 om het potentiële effect van wrijving te maximaliseren en de N = 19,6 N van eerder, de kracht is:
F = 0,5 × 19,6 N = 9,8 N
Onthoud dat wrijving alleen kracht biedt om beweging te weerstaan, dus als je zachtjes gaat duwen en steviger wordt, zal de wrijvingskracht toenemen tot een maximale waarde, wat je zojuist hebt berekend. Natuurkundigen schrijven soms Fmax om dit punt duidelijk te maken.
Zodra het blok beweegt, gebruik je μglijbaan = 0,2, in dit geval:
Fglijbaan = μglijbaan N
= 0,2 x 19,6 N = 3,92 N