science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe de minimale coëfficiënt van statische wrijving bepalen

Wrijving is een kracht die beweging tegenwerkt. Natuurkundigen maken onderscheid tussen statische wrijving, die werkt om een ​​lichaam in rust te houden, en kinetische wrijving, die optreed


Deze coëfficiënt hangt af van de kenmerken van de twee oppervlakken die met elkaar in contact zijn. Het is getabuleerd voor een aantal verschillende materialen. Als u μ
s niet kunt vinden voor de materialen die u gebruikt, kunt u dit met een eenvoudig experiment bepalen.

TL; DR ( Te lang; niet gelezen)

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Om de minimale coëfficiënt van statische wrijving tussen twee materialen te vinden, construeert u een hellend vlak vanaf één van de materialen en plaats een lichaam gemaakt van het andere materiaal erop. Verhoog de hoek van de helling tot het lichaam begint te glijden. De raaklijn van de hoek is de wrijvingscoëfficiënt.

Gebruik een hellend vlak

Een eenvoudige manier om te bepalen μ s
is om het object in kwestie te plaatsen op een hellend vlak gemaakt van hetzelfde materiaal als het oppervlak dat je bestudeert. Verhoog geleidelijk de hoek van de helling tot het object begint te glijden. Noteer die hoek. Je kunt μ s nu meteen vinden omdat het gelijk is aan de tangens van de hoek. Dit is waarom:

Terwijl je de helling hoger legt, heeft de zwaartekracht die op een massa massa m werkt, een horizontale en een verticale component. Als je de wet van Newton toepast op elk van deze vlak voordat het lichaam begint te bewegen, vind je de horizontale component (die werkt in de x-richting - richting) F x
= < em> ma x
. Hetzelfde geldt in de richting y
: F y
= ma y
.

De versnelling in de < em> x
-direction, ma x
, is gelijk aan de zwaartekracht, die massa maal versnelling als gevolg van de zwaartekracht ( g
) keer de sinus van de hoek ( ø
) gevormd bij het steunpunt van de helling. Omdat het lichaam niet beweegt, is dit gelijk aan de tegengestelde kracht van statische wrijving, en je kunt schrijven:

(1) mg
× sin ( ø
) = F s

De y-richting-component van kracht, ma y
, is gelijk aan de cosinus van de hoek maal de massa maal de versnelling als gevolg van de zwaartekracht, en deze moet gelijk zijn aan de normale kracht, omdat het lichaam niet beweegt,

(2) F N Uitgang = < em> mg
× cos ( ø
)

Vergeet niet dat F s
= μ sF N
. Vervanging voor F s
in vergelijking (1):

mg
× sin ( ø
) = μ sF N

en gebruik de gelijkheid voor vergelijking (2) om te substitueren voor F N
:

mg
× sin ( ø
) = μ s
× mg ×
cos ( ø
)

De term " mg
" annuleert van beide kanten:

μ s
= sin ( ø
) /cos ( ø
) = tan ( ø
)