Statický koeficient trenia, napríklad cvičenie

Ten statické trenie Je to sila, ktorá vzniká medzi dvoma povrchmi, keď sa jeden povrch nekĺzne vzhľadom na druhý. Je to veľmi dôležité, pretože nám umožňuje postupovať pri chôdzi, pretože je to súčasná sila medzi podlahou a podrážkou topánok. 

Je to tiež statické trenie, ktoré sa objavuje medzi pneumatikami vozovky a auta. Ak táto sila nie je prítomná, potom je nemožné, aby sa auto začalo pohybovať, ako v aute, ktoré sa snaží začať na ľadovom povrchu: kolieska sa posúva, ale auto sa nepostupuje.

postava 1. Ilustrácia trecej sily

Statické trenie závisí od drsnosti povrchov v kontakte a tiež od vyrobeného typu materiálu. Preto sú pneumatiky a športové topánky gumy, aby sa zvýšila trenie s chodníkom.

V modeli statického trenia sú charakteristiky materiálov a stupeň drsnosti medzi povrchmi zhrnuté v čísle nazývanom koeficient statického trenia, ktorý je experimentálne určený.

[TOC]

Koeficient statického trenia

Obrázok 2. Kniha na naklonenej tabuľke zostáva v pokoji kvôli statickej trenia medzi knihou a tabuľkou. Zdroj: f. Zapata.

Horná hodnota zobrazuje knihu, ktorá je v pokoji na stole, ktorá má sklon 15,7 °.

Ak boli povrchy knihy a stola veľmi hladké a leštené, kniha sa nedala udržať v pokoji. Ale keďže nie sú, objaví sa sila, ktorá je dotýkaná povrchom v kontakte, nazývaná sila statické trenie. 

Ak bol uhol sklonu dostatočne veľký, potom nie je dosť statické trenie Na vyváženie knihy a to by sa začalo posúvať.

V tomto prípade existuje aj trenie medzi knihou a tabuľkou, ale to by bolo sila Dynamické trenie, tiež nazývaný kinetické trenie.

Existuje hranica medzi statickým trením a dynamickým trením, ktoré sa vyskytuje v okamihu, keď statické trenie dosahuje svoju maximálnu hodnotu.

Môže vám slúžiť: Doppler Effect: Popis, vzorce, prípady, príkladyObrázok 3. Odpočinkový blok na naklonenej rovine je v pokoji vďaka statickej trecej sile. Zdroj: f. Zapata.

Zoberme si na obrázku 2, silový diagram knihy Mass M, ktorá zostáva v pokoji v rovine sklonu a sklonu.

Kniha zostáva v pokoji, pretože trecia sila f, statický typ, vyvažuje systém.

Ak uhol sklonu trochu rastie, potom kontaktné povrchy musia dodať viac trecej sily, ale množstvo statického trenia_Maximálny, to znamená:

F ≤ f_Maximálny.

Maximálna statická trecia sila bude závisieť od materiálov a stupňa drsnosti povrchov v kontakte, ako aj od pevnosti priľnavosti.

Statický koeficient trenia μ_a Je to pozitívne číslo, ktoré závisí od charakteristík povrchov v kontakte. Normálna sila N že rovina uplatňuje na blok, predstavuje stupeň utiahnutia medzi povrchom bloku a rovinou. Preto určujú maximálnu treniacu silu poskytnutú povrchmi, keď neexistuje zosuv pôdy:

F_Maximálny = μ_a N

Stručne povedané, statická trenie sa riadi nasledujúcim modelom:

F ≤ μ_a N

Príklad: Stanovenie koeficientu statického trenia

Koeficient statického trenia je bezrozmerné číslo, ktoré je experimentálne určené pre každú dvojicu povrchov. 

Blok uvažujeme vo zvyšku obrázku 2. Na to konajú nasledujúce sily:

- Trecia sila: F

- Hmotnosť hmotnostného bloku M: Mg

- Normálna sila: N

Keďže blok je v pokoji a nemá žiadne zrýchlenie, podľa Newtonovho druhého zákona, výsledná sila -vektorová suma -je neplatné:

F + N + mg = 0

Považuje sa za pevný súradnicový systém XY s osou x pozdĺž naklonenej roviny a osi a kolmá na ňu, ako je znázornené na obrázku 2.

Môže vám slúžiť: Počuť silu: povrchové a hmotnostné sily

Sily sa musia oddeliť podľa ich karteziánskych komponentov, čo vedie k nasledujúcemu systému rovníc:

-Komponent x: -F + mg sen (a) = 0

-Komponent a: N - mg cos (a) = 0

Z prvej rovnice sa vymaže hodnota statického trenia:

F = mg sen (α)

A druhej hodnota normálnej sily:

N = mg cos (a)

Statická trecia sila je spôsobená nasledujúcim modelom:

F ≤ μ_a N

Nahradenie nerovnosti predtým získané hodnoty, ktoré máme:

mg sen (a) ≤ μ_a mg cos (a)

Berúc do úvahy, že pre hodnoty a medzi 0 ° a 90 ° sú funkcie sínusov a kosínus pozitívne a že kvocient medzi prsníkom a kosínus je tangens, nechali sme:

Tan (a) ≤ μ_a

Rovnosť je splnená pre konkrétnu hodnotu α nazývanej kritický uhol a že označujeme pre α*, to znamená:

μ_a = Opálenie (α*)

Kritický uhol sa určuje experimentálne, postupne zvyšuje sklon k pravému uhlu, v ktorom sa blok začína posúvať, to je kritický uhol α*.

V knihe na obrázku 1 bol tento uhol experimentálne stanovený, čo viedlo k 24 °. Potom je statický koeficient trenia:

μ_a = Opálenie (24 °) = 0,45.

Je to pozitívne číslo medzi 0 a nekonečno. Áno μ_a = 0 povrchov sú dokonale hladké. Áno μ_a → ∞ povrchy sú dokonale prepojené alebo zvárané.

Hodnota koeficientu trenia je zvyčajne medzi 0 a 10.

Cvičenie

V pikantných pretekoch alebo dragstrách sa počas začiatku dosiahnú zrýchlenie až 4G, ktoré sa dosiahnú presne vtedy, keď sa pneumatiky nekĺzajú vzhľadom na chodník.

Je to preto, že koeficient statického trenia je vždy väčší ako koeficient dynamického trenia.

Za predpokladu, že celková hmotnosť vozidla plus vodič je 600 kg a že zadné kolesá podporujú 80% hmotnosti, určte statickú treckú silu počas štartu 4G a statický koeficient trenia medzi pneumatikami a chodníkmi.

Môže vám slúžiť: Orion Hmlovina: pôvod, umiestnenie, charakteristika a údajeObrázok 4. „Dragster“ v čase začiatku. Zdroj: Pixabay.

Riešenie

Podľa Newtonovho druhého zákona sa výsledná sila rovná celkovej hmotnosti vozidla v dôsledku zrýchlenia, ktoré získava.

Keďže vozidlo je vo vertikálnej rovnováhe, normálna a hmotnosť sa zrušuje ako výsledná sila trenia F, že chodník vyvíja na kontaktnú plochu trakčných kolies, čím zostáva:

F = m (4G) = 600 kg (4 x 9,8 m/s²) = 23520 n = 2400 kg-f

To znamená, že trakčná sila je 2,4 ton.

Trecia sila, ktorú kolies vyvíja na podlahe, siaha späť, ale jeho reakcia, ktorá je rovnaká a opačná, koná na pneumatike a pokračuje. To je sila, ktorá poháňa vozidlo.

Celá táto sila samozrejme vyrába motor, ktorý sa cez koleso snaží posunúť podlahu dozadu, ale koleso a podlaha sú spojené trecou silou. 

Na určenie koeficientu statického trenia používame skutočnosť, že získané F je maximálne možné trenie, pretože sme na maximálnom limite zrýchlenia, preto:

F = μ_a N = μe (0,8 mg)

Skutočnosť, že zadné kolesá trakcie podporujú 0,8 -násobok hmotnosti sa zohľadňuje. Vyčistenie koeficientu trenia sa získa:

μ_a = F / (0,8 mg) = 23520 N / (0,8 x 600 kg x 9,8 m / s^2) = 5.

Záver: μ_a = 5.

Odkazy

1. Alons m., Finn e. 1970. Fyzika Zväzok I: Mechanika. Inter -American Educational Fund S.Do.
2. Bauer, w. 2011. Fyzika pre inžinierstvo a vedy. Zväzok 1. MC Graw Hill.
3. Hewitt, P. 2012. Koncepčná fyzická veda. Piaty vydanie.
4. Rex, a. 2011. Základy fyziky. Pearson. 190-200.
5. Mladý, Hugh. 2015. Fyzika univerzity s modernou fyzikou. 14. vydanie. Pearson.