De friktion är motståndet mot förskjutning av en yta som är i kontakt med en annan. Det är ett ytfenomen som uppstår mellan fasta, flytande och gasformiga material. Motståndskraften som är tangentiell mot två ytor i kontakt, som motsätter riktningen för den relativa förskjutningen mellan nämnda ytor, kallas också friktionskraft eller friktionskraft Fr.
För att flytta en fast kropp på en yta måste en yttre kraft appliceras som kan övervinna friktionen. När kroppen rör sig verkar friktionskraften på kroppen, saktar ner den och kan till och med stoppa den..
Friktionskraften kan representeras grafiskt av kraftdiagrammet för en kropp i kontakt med en yta. I detta diagram friktionskraften Fr ritas mot den del av kraften som appliceras på kroppen tangentiellt mot ytan.
Kontaktytan utövar en reaktionskraft på kroppen som kallas normal kraft N. I vissa fall beror normal kraft bara på vikt P av kroppen vilar på ytan, och i andra fall beror det på andra krafter än tyngdkraften.
Friktion uppstår eftersom det finns mikroskopiska ojämnheter mellan ytorna i kontakt. När man försöker flytta en yta över den andra uppstår friktion mellan ojämnheterna som förhindrar fri rörelse vid gränssnittet. I sin tur uppstår energiförluster i form av värme som inte används för att röra kroppen.
Artikelindex
Det finns två huvudtyper av friktion: friktion av Coulomb eller torr friktion och flytande friktion.
Friktion Coulomb motsätter sig alltid kroppens rörelse och är uppdelad i två typer av friktion: statisk friktion och kinetisk (eller dynamisk) friktion.
I statisk friktion finns ingen kroppsrörelse på ytan. Den applicerade kraften är mycket låg och räcker inte för att övervinna friktionskraften. Friktion har ett maximalt värde som är proportionellt mot den normala kraften och kallas statisk friktionskraft Fre.
Kraften för statisk friktion definieras som den maximala kraften som motstår början av kroppens rörelse. När den applicerade kraften överstiger den statiska friktionskraften förblir den vid sitt maximala värde.
Kinetisk friktion verkar när kroppen redan är i rörelse. Kraften som krävs för att hålla kroppen i rörelse med friktion kallas den kinetiska friktionskraften. Frc.
Den kinetiska friktionskraften är mindre än eller lika med den statiska friktionskraften eftersom när kroppen börjar röra sig är det lättare att fortsätta röra sig än att försöka göra det i vila..
Friktion uppstår också när kroppar rör sig i kontakt med flytande eller gasformiga material. Denna typ av friktion kallas vätskefriktion och definieras som motståndet mot rörelse hos kroppar i kontakt med en vätska.
Vätskefriktion hänför sig också till en vätskes motståndskraft mot att strömma i kontakt med vätskelager av samma eller ett annat material och beror på vätskans hastighet och viskositet. Viskositet är måttet på vätskans rörelsemotstånd.
Stokes-friktion är en typ av vätskefriktion där sfäriska partiklar nedsänkta i en viskös vätska, i laminärt flöde, upplever en friktionskraft som saktar ner deras rörelse på grund av fluktuationer i vätskans molekyler..
Flödet är laminärt när de viskösa krafterna, som motsätter sig vätskans rörelse, är större än tröghetskrafterna och vätskan rör sig med en tillräckligt liten hastighet och i en rätlinjig bana.
Enligt den första lagen om friktion av Coulomb friktionskoefficienten μ erhålls från förhållandet mellan friktionskraften och den kraft som är normal mot kontaktytan.
μ = Fr/N
Koefficienten μ det är en dimensionlös mängd, eftersom det är ett förhållande mellan två krafter, som beror på naturen och behandlingen av materialen i kontakt. Generellt är friktionskoefficienten mellan 0 och 1.
Koefficienten för statisk friktion är den konstanta proportionalitet som finns mellan kraften som förhindrar kroppens rörelse i vilotillstånd på en kontaktyta och kraften som är normal mot ytan.
μoch= Fre/ N
Koefficienten för kinetisk friktion är den proportionalitetskonstant som finns mellan den kraft som begränsar rörelsen hos en kropp som rör sig på en yta och den kraft som är normal mot ytan.
μc= Frc/ N
Koefficienten för statisk friktion är större än kinetisk friktionskoefficient.
μs> μc
Den elastiska friktionskoefficienten härrör från friktionen mellan kontaktytorna på elastiska, mjuka eller grova material som deformeras av applicerade krafter. Friktion motsätter den relativa rörelsen mellan två elastiska ytor och förskjutningen åtföljs av en elastisk deformation av materialets ytskikt..
Friktionskoefficienten som erhålls under dessa förhållanden beror på graden av ytjämnhet, de fysikaliska egenskaperna hos materialen i kontakt och storleken på den tangentiella komponenten i skjuvkraften vid gränsytan mellan materialen..
Koefficienten för molekylär friktion erhålls från den kraft som begränsar rörelsen för en partikel som glider på en jämn yta eller genom en vätska.
Friktionskraften vid fasta gränssnitt beräknas med hjälp av ekvationen Fr = μN
N är den normala kraften och μ är friktionskoefficienten.
I vissa fall är den normala kraften lika med kroppens vikt P. Vikten erhålls genom att massan multipliceras m av kroppen genom tyngdacceleration g.
P= mg
Att byta ut viktekvationen i friktionskraftsekvationen ger:
Fr = μmg
När ett objekt vilar på en plan yta är den normala kraften den som utövas av ytan på kroppen, och det motsätter sig kraften på grund av tyngdkraften, enligt Newtons lag om handling och reaktion..
Den normala kraften verkar alltid vinkelrätt mot ytan. På en sluttande yta minskar det normala när lutningsvinkeln ökar och pekar i en vinkelrät riktning bort från ytan, medan vikten pekar vertikalt nedåt. Ekvationen av den normala kraften på en lutande yta är:
N = mgcos ^
θ = kontaktytans lutningsvinkel.
Komponenten i kraften som verkar på kroppen för att skjuta den är:
F = mgsen ^
När den applicerade kraften ökar närmar den sig friktionskraftens maximala värde, detta värde är det som motsvarar den statiska friktionskraften. När F = Fre, den statiska friktionskraften är:
Fre= mgsenθ
Och koefficienten för statisk friktion erhålls genom lutningsvinkelns tangent θ.
μoch = såθ
En 15 kg låda placerad på en horisontell yta skjuts av en person som applicerar en 50 Newton-kraft över en yta för att få den att röra sig och sedan applicerar en 25 N-kraft för att hålla lådan i rörelse med konstant hastighet. Bestäm koefficienterna för statisk och kinetisk friktion.
Lösning: Med värdet på den kraft som appliceras för att flytta lådan erhålls statisk friktionskoefficient μoch.
μoch= Fre/ N
Normal styrka N till ytan är lika med lådans vikt, så N = till exempel
N = 15kgx9,8m / stvå
N = 147Ny
I detta fall, μoch= 50Nytt / 147Nytt
μoch= 0,34
Kraften som appliceras för att hålla lådans hastighet konstant är den kinetiska friktionskraften som är lika med 25Ny.
Koefficienten för kinetisk friktion erhålls från ekvationen μc= Frc / N
μc= 25Ny / 147Ny
μc= 0,17
En man applicerar en kraft på en 20 kg låda, med en appliceringsvinkel på 30 ° i förhållande till ytan där den vilar. Hur stor är kraften som appliceras för att flytta lådan om friktionskoefficienten mellan lådan och ytan är 0,5?
Lösning: Den applicerade kraften och dess vertikala och horisontella komponenter visas i diagrammet för frikroppen.
Den applicerade kraften gör en vinkel på 30 ° med den horisontella ytan. Den vertikala komponenten i kraften lägger till den normala kraften som påverkar kraften för statisk friktion. Lådan rör sig när den horisontella komponenten i den applicerade kraften överstiger friktionskraftens maximala värde Fre. Att jämföra den horisontella delen av kraften med den för statisk friktion ger:
Fre = Fcosθ [1]
Fre= μoch.N [två]
μoch.N = Fcos ^ [3]
Den normala kraften är inte längre kroppens vikt på grund av kraftens vertikala komponent.
Enligt Newtons andra lag är summan av krafterna som verkar på lådan på den vertikala axeln noll, därför är den vertikala komponenten i accelerationen tillY= 0. Den normala kraften erhålls från summan
F sin30 ° + N - P = 0 [4]
P = t.ex. [5]
F sin 30 ° + N - mg = 0 [6]
N = m.g - F sin 30 ° [7]
Att ersätta ekvation [7] i ekvation [3] ger följande:
μoch. (m.g - F sin 30 °) = Fcos30 ° [8]
Rensas F från ekvation [8] och vi får:
F = μoch . m.g / (cos 30 ° + μoch sin 30 °) = 0,5 x 20 kg x 9,8 m / stvå / (0,87+ (0,5 x 0,5)) =
F = 87,5 Ny
Ett fordon på 1,5 ton färdas på en rak och horisontell väg med en hastighet på 70 km / h. Föraren ser hinder på vägen på ett visst avstånd som tvingar honom att bromsa kraftigt. Efter bromsning glider fordonet en kort stund tills det tar stopp. Om friktionskoefficienten mellan däcken och vägen är 0,7; bestämma följande:
Lösning:
Frikroppsdiagrammet visar de krafter som verkar på fordonet när det glider..
Eftersom summan av krafterna som verkar på den vertikala axeln är noll är den normala kraften lika med fordonets vikt.
N = till exempel
m = 1,5 ton = 1500 kg
N = 1500 kg x 9,8 m / stvå= 14700Nytt
Fordonets friktionskraft när det glider är:
Fr = μN = 0,7x14700Ny
= 10290 Nytt
Friktionskraften påverkar avmattningen av fordonet när det glider.
Genom att tillämpa Newtons andra lag uppnås värdet på retardationen genom att lösa ekvationen F = m.a
a = F / m
a = (-10290 Ny) / 1500 kg
= -6,86m / stvå
Fordonets initiala hastighet är v0 = 70Km / h = 19,44m / s
När fordonet stannar är dess sluthastighet vF = 0 och retardationen är a = -6,86 m / stvå
Avståndet som fordonet har rest, från bromsning till stopp, erhålls genom rensning d från följande ekvation:
vFtvå = v0två+2ad
d = (vFtvå - v0två) / 2: a
= ((0)två-(19,44 m / s)två) / (2x (-6,86 m / stvå))
d = 27,54 m
Fordonet reser 27,54m bort innan du stannar.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.