Sisu
Pinnad avaldavad libisevatele liikumistele vastupidavat hõõrdejõudu ja paljude füüsikaprobleemide osana peate arvutama selle jõu suuruse. Hõõrdejõud sõltub peamiselt „normaalsest jõust”, mida pinnad avaldavad nende peal asuvatele objektidele, samuti konkreetse pinna omadustest, mida te kaalute. Enamikul eesmärkidel võite kasutada valemit F = μN hõõrde arvutamiseks, koos N seistes "normaalse" jõu ja "μMis hõlmavad pinna omadusi.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Hõõrdejõud arvutatakse järgmise valemi abil:
F = μN
Kus N on normaalne jõud ja μ on teie materjalide hõõrdetegur ja see, kas need on paigal või liikuvad. Normaalne jõud võrdub objekti kaaluga, nii et selle saab ka kirjutada:
F = μmg
Kus m on objekti mass ja g on gravitatsioonist tulenev kiirendus. Hõõrdejõud takistab objekti liikumist.
Mis on hõõrdumine?
Hõõrdumine kirjeldab jõudu kahe pinna vahel, kui proovite üksteist üle liikuda. Jõud on liikumisele vastu ja enamikul juhtudel toimib jõud liigutusele vastupidises suunas. Allapoole molekulaarsel tasandil, kui vajutate kahte pinda kokku, võivad kummagi pinna väikesed puudused üksteisega blokeeruda ja ühe materjali molekulide vahel võivad olla atraktiivsed jõud. Need tegurid raskendavad nende liigutamist üksteisest mööda. Hõõrdejõu arvutamisel te siiski sellel tasemel ei tööta. Igapäevaste olukordade jaoks grupeerivad füüsikud kõik need tegurid “koefitsiendisse” μ.
Hõõrdejõu arvutamine
“Tavaline” jõud kirjeldab jõudu, mida pind, millele objekt toetub (või millele sellele surutakse), avaldab. Lamedal pinnal oleva objekti puhul peab jõud täpselt vastama gravitatsiooni mõjul toimuvale jõule, vastasel juhul liigub objekt Newtoni liikumisseaduste kohaselt. “Normaalne” jõud (N) on selle jõu nimi, kes seda teeb.
See toimib alati pinna suhtes risti. See tähendab, et kaldpinnal oleks normaalne jõud ikkagi suunatud otse pinnast eemale, samal ajal kui gravitatsioonijõud oleks suunatud otse allapoole.
Tavalist jõudu saab enamikul juhtudel lihtsalt kirjeldada järgmiselt:
N = mg
Siin m tähistab objekti massi ja g tähistab gravitatsioonist tingitud kiirendust, mis on 9,8 meetrit sekundis sekundis (m / s2) või netonid kilogrammi kohta (N / kg). See vastab lihtsalt objekti kaalule.
Kaldpindade korral väheneb normaaljõu tugevus, seda enam, kui pind kaldub, nii et valem saab:
N = mg cos (θ)
Koos θ seistes nurga all, millele pind on kaldu.
Lihtsa näite arvutamiseks kaaluge tasast pinda, mille peal istub 2-kilogrammine puuplokk. Tavaline jõud oleks suunatud otse üles (ploki raskuse toetamiseks) ja arvutaksite:
N = 2 kg × 9,8 N / kg = 19,6 N
Koefitsient sõltub objektist ja konkreetsest olukorrast, kus töötate. Kui objekt ei liigu juba pinna kohal, kasutate staatilise hõõrdetegurit μstaatiline, kuid kui see liigub, kasutate libisemiskindluse koefitsienti μlibisema.
Üldiselt on libiseva hõõrdetegur väiksem kui staatilise hõõrdeteguri väärtus. Teisisõnu, juba libisevat on lihtsam libistada kui veel libisevat.
Kaalutavad materjalid mõjutavad ka koefitsienti. Näiteks kui varasema puiduplokk asus telliskivipinnal, oleks koefitsient 0,6, puhta puidu korral võib see aga olla vahemikus 0,25 kuni 0,5. Jääl jää korral on staatiline koefitsient 0,1. Jällegi vähendab libisemiskoefitsient seda veelgi - jääl jääl 0,03 ja puidul 0,2. Otsige need veebipõhise tabeli abil oma pinda üles (vt ressursse).
Hõõrdejõu valem on järgmine:
F = μN
Näiteks kaaluge 2-kilogrammise massiga puuploki paigaldamist puitlauale, mis lükatakse paigal. Sel juhul kasutate staatilist koefitsienti koos μstaatiline = 0,25 kuni 0,5 puidu jaoks. Võtmine μstaatiline = 0,5, et maksimeerida hõõrdumise potentsiaalset mõju ja mäletada N = 19,6 N varasemast, jõud on:
F = 0,5 × 19,6 N = 9,8 N
Pidage meeles, et hõõrdumine annab jõudu ainult liikumise takistamiseks, nii et kui hakkate seda õrnalt suruma ja muutute tugevamaks, suureneb hõõrdejõud maksimaalse väärtuseni, mille olete just välja arvutanud. Füüsikud kirjutavad vahel Fmax et see punkt selgeks teha.
Kui plokk on liikunud, kasutate μlibisema = 0,2, sel juhul:
Flibisema = μlibisema N
= 0,2 × 19,6 N = 3,92 N