Cum se află coeficientul de frecare: metode experimentale

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-02 17:54

Fricația este procesul fizic fără de care însăși mișcarea din lumea noastră nu ar putea exista. În fizică, pentru a calcula valoarea absolută a forței de frecare, este necesar să se cunoască un coeficient special pentru suprafețele de frecare luate în considerare. Cum să găsiți coeficientul de frecare? Acest articol va răspunde la această întrebare.

Fricație în fizică

Înainte de a răspunde la întrebarea cum să găsiți coeficientul de frecare, este necesar să luați în considerare ce este frecarea și ce forță este caracterizată.

În fizică, există trei tipuri de acest proces care are loc între obiectele solide. Aceasta este frecarea de odihnă, alunecare și rostogolire. Frecarea apare întotdeauna atunci când o forță externă încearcă să miște un obiect. Frecarea de alunecare, după cum sugerează și numele, are loc atunci când o suprafață alunecă peste alta. În cele din urmă, frecarea de rulare apare atunci când un obiect rotund (roată, minge) se rostogolește pe o suprafață.

Ceea ce toate tipurile au în comun este faptul că împiedică pe oricinemișcarea și punctul de aplicare al forțelor lor se află în zona de contact dintre suprafețele a două obiecte. De asemenea, toate aceste tipuri transformă energia mecanică în căldură.

Forțele de alunecare și frecarea statică sunt cauzate de rugozitatea microscopică pe suprafețele care se freacă. În plus, aceste tipuri se datorează interacțiunilor dipol-dipol și altor tipuri de interacțiuni între atomi și molecule care formează corpuri de frecare.

Cauza frecării la rulare este legată de histereza deformației elastice care apare la punctul de contact dintre obiectul care se rulează și suprafață.

Forța de frecare și coeficientul de frecare

Toate cele trei tipuri de forțe de frecare solide sunt descrise prin expresii care au aceeași formă. Iată-o:

F_t=µ_tN.

Aici N este forța care acționează perpendicular pe suprafața corpului. Se numește reacție de sprijin. Valoarea µ_{t- se numește coeficientul tipului corespunzător de frecare.}

Coeficienții pentru frecare de alunecare și de repaus sunt mărimi adimensionale. Acest lucru poate fi înțeles analizând egalitatea forței de frecare și a coeficientului de frecare. Partea stângă a ecuației este exprimată în newtoni, iar partea dreaptă este exprimată și în newtoni, deoarece N este o forță.

În ceea ce privește frecarea de rulare, coeficientul pentru aceasta va fi, de asemenea, o valoare adimensională, cu toate acestea, este definită ca raportul dintre caracteristica liniară a deformării elastice și raza obiectului de rulare.

De spus că valorile tipice ale coeficienților de alunecare și frecare în repaus sunt zecimi de unitate. Pentru frecarerulant, acest coeficient corespunde sutimii și miimilor de unitate.

Cum să găsiți coeficientul de frecare?

Coeficientul µ_{t depinde de o serie de factori care sunt greu de luat în considerare matematic. Enumerăm câteva dintre ele:}

• materialul suprafețelor de frecare;
• calitate suprafeței;
• prezența murdăriei, a apei și așa mai departe;
• temperaturi la suprafață.

De aceea, nu există o formulă pentru µ_t și trebuie măsurată experimental. Pentru a înțelege cum să găsiți coeficientul de frecare, acesta ar trebui exprimat din formula pentru F_{t. Avem:}

µ_t =F_t/N.

Se pare că, pentru a cunoaște µ_{t, este necesar să găsiți forța de frecare și reacția de susținere.}

Experimentul corespunzător se efectuează după cum urmează:

1. Ia un corp și un avion, de exemplu, din lemn.
2. Agățați dinamometrul de corp și mutați-l uniform pe suprafață.

În același timp, dinamometrul arată o anumită forță, care este egală cu F_{t. Reacția solului este egală cu greutatea corpului pe o suprafață orizontală.}

Metoda descrisă vă permite să înțelegeți care este coeficientul de frecare statică și de alunecare. În mod similar, puteți determina experimental µ_trulare.

O altă metodă experimentală pentru determinarea µ_{t este dată sub forma unei probleme în paragraful următor.}

Problemă la calcularea µt

Grinda de lemn este pe suprafața de sticlă. Prin înclinarea lină a suprafeței, am constatat că alunecarea grinzii începe la un unghi de înclinare de 15o. Care este coeficientul de frecare statică pentru o pereche lemn-sticlă?

Când fasciculul se afla pe un plan înclinat la 15o, atunci forța de frecare în repaus avea o valoare maximă. Este egal cu:

F_t=mgsin(α).

Forța N este determinată de formula:

N=mgcos(α).

Aplicând formula pentru µ_{t, obținem:}

µ_t=F_{t/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).}

Înlocuind unghiul α, ajungem la răspunsul: µ_{t=0, 27.}