Det friktion er modstanden mod forskydning af en overflade, der er i kontakt med en anden. Det er et overfladefænomen, der opstår mellem faste, flydende og gasformige materialer. Modstandskraften tangential til to overflader i kontakt, som modsætter sig retningen af den relative forskydning mellem overfladerne, kaldes også friktionskraft eller friktionskraft Fr.
For at bevæge et fast legeme på en overflade skal der anvendes en ekstern kraft, der kan overvinde friktion. Når kroppen bevæger sig, virker friktionskraften på kroppen og bremser den og kan endda stoppe den..
Friktionskraften kan repræsenteres grafisk ved et kraftdiagram for et legeme, der er i kontakt med en overflade. I dette diagram friktionskraften Fr er tegnet mod komponenten af den kraft, der påføres kroppen, tangentielt til overfladen.
Kontaktoverfladen udøver en reaktionskraft på kroppen kaldet den normale kraft N. I nogle tilfælde skyldes normal kraft kun vægt P af kroppen hviler på overfladen, og i andre tilfælde skyldes det andre påførte kræfter end tyngdekraften.
Friktion opstår, fordi der er mikroskopiske ruheder mellem overfladerne i kontakt. Når man prøver at bevæge den ene overflade over den anden, opstår der friktion mellem ruhederne, der forhindrer fri bevægelse ved grænsefladen. Til gengæld opstår energitab i form af varme, der ikke bruges til at bevæge kroppen.
Artikelindeks
Der er to hovedtyper af friktion: friktion af Coulomb eller tør friktion og flydende friktion.
Friktion Coulomb modsætter sig altid legemsbevægelser og er opdelt i to typer friktion: statisk friktion og kinetisk (eller dynamisk) friktion.
I statisk friktion er der ingen bevægelse af kroppen på overfladen. Den påførte kraft er meget lav og er ikke nok til at overvinde friktionskraften. Friktion har en maksimal værdi, der er proportional med den normale kraft og kaldes den statiske friktionskraft Fre.
Kraften ved statisk friktion defineres som den maksimale kraft, der modstår begyndelsen af kroppens bevægelse. Når den påførte kraft overstiger den statiske friktionskraft, forbliver den ved sin maksimale værdi.
Kinetisk friktion virker, når kroppen allerede er i bevægelse. Den krævede kraft for at holde kroppen i bevægelse med friktion kaldes den kinetiske friktionskraft. Frc.
Den kinetiske friktionskraft er mindre end eller lig med den statiske friktionskraft, fordi når kroppen først begynder at bevæge sig, er det lettere at bevæge sig end at prøve at gøre det i hvile..
Friktion opstår også, når kroppe bevæger sig i kontakt med flydende eller gasformige materialer. Denne type friktion kaldes fluidfriktion og defineres som modstanden mod bevægelse af legemer i kontakt med en væske.
Væskefriktion henviser også til en væskes modstand mod at strømme i kontakt med væskelag af det samme eller et andet materiale og afhænger af væskens hastighed og viskositet. Viskositet er et mål for en væskes modstand mod bevægelse.
Stokes-friktion er en type væskefriktion, hvor sfæriske partikler nedsænket i en tyktflydende væske i laminær strømning oplever en friktionskraft, der nedsætter deres bevægelse på grund af udsving i væskens molekyler..
Strømmen er laminær, når de tyktflydende kræfter, der modsætter sig væskens bevægelse, er større end inertiakræfterne, og væsken bevæger sig med en tilstrækkelig lille hastighed og i en retlinet bane.
I henhold til den første lov om friktion af Coulomb friktionskoefficienten μ opnås fra forholdet mellem friktionskraften og den kraft, der er normal for kontaktoverfladen.
μ = Fr/N
Koefficienten μ det er en dimensionsløs størrelse, da det er et forhold mellem to kræfter, der afhænger af arten og behandlingen af materialerne i kontakt. Generelt er værdien af friktionskoefficienten mellem 0 og 1.
Koefficienten for statisk friktion er den konstante proportionalitet, der findes mellem kraften, der forhindrer bevægelse af et legeme i en hviletilstand på en kontaktflade og den kraft, der er normal til overfladen.
μog= Fre/ N
Koefficienten for kinetisk friktion er den konstante proportionalitet, der findes mellem den kraft, der begrænser bevægelsen af et legeme, der bevæger sig på en overflade, og den kraft, der er normal til overfladen.
μc= Frc/ N
Koefficienten for statisk friktion er større end koefficienten for kinetisk friktion.
μs> μc
Den elastiske friktionskoefficient er afledt af friktionen mellem kontaktflader af elastiske, bløde eller ru materialer, der deformeres af påførte kræfter. Friktion modsætter sig den relative bevægelse mellem to elastiske overflader, og forskydningen ledsages af en elastisk deformation af materialets overfladelag..
Friktionskoefficienten opnået under disse betingelser afhænger af graden af overfladeruhed, de fysiske egenskaber af materialerne i kontakt og størrelsen af den tangentielle komponent i forskydningskraften ved materialets grænseflade..
Koefficienten for molekylær friktion opnås ud fra den kraft, der begrænser bevægelsen af en partikel, der glider på en glat overflade eller gennem en væske.
Friktionskraften ved faste grænseflader beregnes ved hjælp af ligningen Fr = μN
N er den normale kraft og μ er friktionskoefficienten.
I nogle tilfælde er den normale kraft lig med kroppens vægt P. Vægten opnås ved at gange massen m af kroppen ved tyngdeacceleration g.
P= mg
Udskiftning af vægtligningen i friktionskraftligningen giver:
Fr = μmg
Når et objekt hviler på en plan overflade, er den normale kraft den, der udøves af overfladen på kroppen, og den modsætter sig kraften på grund af tyngdekraften ifølge Newtons handlingslov og reaktion..
Den normale kraft virker altid vinkelret på overfladen. På en skrånende overflade falder det normale, når den magre vinkel øges og peger i en vinkelret retning væk fra overfladen, mens vægten peger lodret nedad. Ligningen af den normale kraft på en skrånende overflade er:
N = mgcos3
θ = kontaktfladens hældningsvinkel.
Komponenten af den kraft, der virker på kroppen for at skubbe den, er:
F = mgsenθ
Når den påførte kraft øges, nærmer den sig den maksimale værdi af friktionskraften, denne værdi er den, der svarer til den statiske friktionskraft. Hvornår F = Fre, den statiske friktionskraft er:
Fre= mgsenθ
Og koefficienten for statisk friktion opnås ved hældningsvinklets tangens θ.
μog = såθ
En 15 kg boks placeret på en vandret overflade skubbes af en person, der anvender en 50 Newton kraft over en overflade for at få den til at bevæge sig, og derefter anvender en 25 N kraft for at holde boksen i bevægelse med konstant hastighed. Bestem koefficienterne for statisk og kinetisk friktion.
Løsning: Med værdien af den kraft, der anvendes til at flytte kassen, opnås statisk friktionskoefficient μog.
μog= Fre/ N
Normal kraft N til overfladen er lig med boksens vægt, så N = f.eks
N = 15 kg x 9,8 m / sto
N = 147 Ny
I dette tilfælde, μog= 50Nyt / 147Nyt
μog= 0,34
Kraften, der anvendes for at holde kassehastigheden konstant, er den kinetiske friktionskraft, der er lig med 25Ny.
Koefficienten for kinetisk friktion opnås ud fra ligningen μc= Frc / N
μc= 25Ny / 147Ny
μc= 0,17
En mand anvender en kraft på en 20 kg boks med en påføringsvinkel på 30 ° i forhold til overfladen, hvor den hviler. Hvad er størrelsen af den kraft, der anvendes til at flytte kassen, hvis friktionskoefficienten mellem kassen og overfladen er 0,5?
Løsning: Den påførte kraft og dens lodrette og vandrette komponenter er repræsenteret i diagrammet for frit legeme.
Den påførte kraft udgør en vinkel på 30 ° med den vandrette overflade. Den lodrette komponent af kraften føjer til den normale kraft, der påvirker kraften af statisk friktion. Boksen bevæger sig, når den vandrette komponent i den påførte kraft overstiger den maksimale værdi af friktionskraften Fre. Ligning af den vandrette komponent af kraften med den for statisk friktion giver:
Fre = Fcosθ [1]
Fre= μog.N [to]
μog.N = Fcos3 [3]
Den normale kraft er ikke længere kroppens vægt på grund af kraftens lodrette komponent.
Ifølge Newtons anden lov er summen af kræfterne, der virker på kassen på den lodrette akse, nul, derfor er den lodrette komponent i accelerationen tilY= 0. Den normale kraft opnås fra summen
F sin30 ° + N - P = 0 [4]
P = f.eks [5]
F sin 30 ° + N - m.g = 0 [6]
N = m.g - F sin 30 ° [7]
Udskiftning af ligning [7] i ligning [3] giver følgende:
μog. (f.eks. - F sin 30 °) = Fcos30 ° [8]
Rydder F fra ligning [8] og vi opnår:
F = μog . m.g / (cos 30 ° + μog sin 30 °) = 0,5 x 20 kg x 9,8 m / sto / (0,87+ (0,5 x 0,5)) =
F = 87,5 Ny
Et køretøj på 1,5 ton kører på en lige og vandret vej med en hastighed på 70 km / t. Føreren ser forhindringer på vejen i en vis afstand, der tvinger ham til at bremse skarpt. Efter bremsning glider køretøjet i kort tid, indtil det stopper. Hvis friktionskoefficienten mellem dækkene og vejen er 0,7; bestem følgende:
Opløsning:
Diagrammet for frit legeme viser de kræfter, der virker på køretøjet, når det glider..
Da summen af kræfterne, der virker på den lodrette akse, er nul, er den normale kraft lig med køretøjets vægt.
N = f.eks
m = 1,5 ton = 1500 kg
N = 1500 kg x 9,8 m / sto= 14700Nyt
Køretøjets friktionskraft, når det glider, er:
Fr = μN = 0,7x14700Ny
= 10290 Nyhed
Friktionskraften påvirker køretøjets afmatning, når den glider.
Ved at anvende Newtons anden lov opnås værdien af decelerationen ved at løse ligningen F = m.a
a = F / m
a = (-10290 Ny) / 1500 kg
= -6,86m / sto
Køretøjets starthastighed er v0 = 70 km / t = 19,44 m / s
Når køretøjet standser, er dets endelige hastighed vF = 0 og decelerationen er a = -6,86m / sto
Den afstand, køretøjet kører fra bremsning til stop, opnås ved at rydde d fra følgende ligning:
vFto = v0to+2ad
d = (vFto - v0to) / 2.
= ((0)to-(19,44 m / s)to) / (2x (-6,86m / sto))
d = 27,54 m
Køretøjet kører 27,54m væk, inden du stopper.
Endnu ingen kommentarer