Inhoud
De meeste mensen begrijpen wrijving op een intuïtieve manier. Wanneer u een object langs een oppervlak probeert te duwen, is het contact tussen het object en het oppervlak bestand tegen uw duw tot een bepaalde duwsterkte. Wiskundige berekening van de wrijvingskracht omvat meestal de "wrijvingscoëfficiënt", die beschrijft hoeveel de twee specifieke materialen "aan elkaar plakken" om beweging te weerstaan, en iets dat de "normale kracht" wordt genoemd en betrekking heeft op de massa van het object. Maar als u de wrijvingscoëfficiënt niet kent, hoe werkt u dan de kracht uit? U kunt dit bereiken door online een standaardresultaat op te zoeken of door een klein experiment uit te voeren.
Experimenteel de kracht van wrijving vinden
Gebruik het object in kwestie en een klein gedeelte van het oppervlak dat u vrij kunt bewegen om een schuine helling op te zetten. Als je het hele oppervlak of het hele object niet kunt gebruiken, gebruik dan gewoon een stuk van iets gemaakt van hetzelfde materiaal. Als u bijvoorbeeld een tegelvloer als oppervlak hebt, kunt u een enkele tegel gebruiken om de oprit te maken. Als u een houten kast als een object hebt, gebruik dan een ander, kleiner object van hout (idealiter met een vergelijkbare afwerking op het hout). Hoe dichter u bij de werkelijke situatie kunt komen, hoe nauwkeuriger uw berekening zal zijn.
Zorg ervoor dat u de helling van de oprijplaat kunt aanpassen, door een reeks boeken of iets dergelijks op elkaar te stapelen, zodat u kleine aanpassingen kunt maken aan de maximale hoogte.
Hoe schuiner het oppervlak, hoe meer de kracht als gevolg van de zwaartekracht zal werken om het van de helling af te trekken. De wrijvingskracht werkt hiertegen, maar op een gegeven moment overwint de kracht als gevolg van de zwaartekracht deze. Dit vertelt je de maximale wrijvingskracht voor deze materialen, en fysici beschrijven dit door de coëfficiënt van statische wrijving (μstatisch). Met het experiment kunt u de waarde hiervoor vinden.
Plaats het object boven op het oppervlak in een ondiepe hoek waardoor het niet van de helling glijdt. Verhoog geleidelijk de helling van de helling door boeken of andere dunne voorwerpen aan uw stapel toe te voegen en vind de steilste helling waar u het tegenaan kunt houden zonder dat het object beweegt. U zult moeite hebben om een volledig nauwkeurig antwoord te krijgen, maar uw beste schatting zal dicht genoeg bij de werkelijke waarde voor de berekening liggen. Meet de hoogte van de oprit en de lengte van de basis van de oprit wanneer deze op deze helling staat. Je behandelt de helling in wezen als een rechthoekige driehoek met de vloer en de lengte en hoogte van de driehoek.
De wiskunde voor de situatie werkt netjes en het blijkt dat de raaklijn van de hoek van de helling u de waarde van de coëfficiënt vertelt. Zo:
μstatisch = tan (θ)
Of, omdat tan = tegengesteld / aangrenzend = lengte van basis / hoogte, u berekent:
μstatisch = tan (lengte van basis / hoogte van helling)
Voer deze berekening uit om de waarde voor de coëfficiënt voor uw specifieke situatie te vinden.
Tips
F = μstatisch N
Waar de "N”Staat voor de normale kracht. Voor een plat oppervlak is de waarde hiervan gelijk aan het gewicht van het object, dus u kunt gebruiken:
F = μstatisch mg
Hier, m is de massa van het object en g is de versnelling ten gevolge van de zwaartekracht (9,8 m / s2).
Hout op een stenen oppervlak heeft bijvoorbeeld een wrijvingscoëfficiënt van μstatisch = 0,3, dus met deze waarde voor een houten kast van 10 kilogram (kg) op een stenen oppervlak:
F = μstatisch mg
= 0,3 x 10 kg x 9,8 m / s2
= 29,4 newton
De kracht van wrijving vinden zonder een experiment
Kijk online om de wrijvingscoëfficiënt tussen uw twee stoffen te vinden. Een autoband op asfalt heeft bijvoorbeeld een coëfficiënt van μstatisch = 0,72, ijs op hout heeft μstatisch = 0,05 en hout op baksteen heeft μstatisch = 0,6. Vind de waarde voor uw situatie (inclusief het gebruik van de glijdende coëfficiënt als u de wrijving niet vanuit stationair berekent) en noteer deze.
De volgende vergelijking vertelt u de sterkte van de wrijvingskracht (met de statische wrijvingscoëfficiënt):
F = μstatisch N
Als uw oppervlak vlak en parallel aan de grond is, kunt u het volgende gebruiken:
F = μstatisch mg
Als dit niet het geval is, is de normale kracht zwakker. Zoek in dit geval de hoek van de helling θen bereken:
F = cos (θ) μstatisch mg
Gebruik bijvoorbeeld een ijsblok van 1 kg op hout, hellend tot 30 °, en onthoud dat g = 9,8 m / s2, dit geeft:
F = cos (θ) μstatisch mg
= cos (30 °) × 0,05 × 1 kg × 9,8 m / s2
= 0.424 newton