Friktion er en kraft, der modstår relativ bevægelse, og den forekommer ved grænsefladen mellem legemerne, men også inde i organerne, som i tilfælde af væsker. Begrebet friktionskoefficient blev først formuleret af Leonardo da Vinci. Størrelsen af ​​friktionskoefficienten bestemmes af overfladernes egenskaber, omgivelserne, overfladeegenskaber, tilstedeværelsen af ​​smøremidlet osv.

Friktionslove

Der er fem friktionslove, og de er:

• Friktionen af ​​det bevægelige objekt er proportional og vinkelret på normalkraften.

• Friktionen, som genstanden oplever, afhænger af arten af ​​den overflade, den er i kontakt med.

• Friktion er uafhængig af kontaktområdet, så længe der er et kontaktområde.

• Kinetisk friktion er uafhængig af hastighed.

• Den statiske friktionskoefficient er større end den kinetiske friktionskoefficient.

Når vi ser en genstand, kan vi se den glatte overflade, men når den samme genstand ses under et mikroskop, kan det ses, at selv den glatte genstand har ru kanter. Små bakker og riller kan ses gennem mikroskopet, og de er kendt som uregelmæssigheder i overfladen. Så når det ene objekt flyttes over det andet, bliver disse uregelmæssigheder på overfladen viklet ind, hvilket giver anledning til friktion. Mere ruhed, mere vil uregelmæssighederne og større kraft vil være.

Statisk friktion

Der er flere teorier om årsagerne til statisk friktion, og ligesom de fleste friktionsrelaterede begreber, viser hver enkelt sig gyldig under nogle forhold, men fejler under andre omstændigheder. Til applikationer fra den virkelige verden (især dem, der er relateret til industrielt maskineri og bevægelse). Kontroller de to mest accepterede teorier bag statisk friktion har at gøre med den mikroskopiske ruhed af overflader.

Uanset hvor perfekt en overflade er bearbejdet, færdigbehandlet og renset, vil den uundgåeligt have skævheder - i det væsentlige ruhed, bestående af toppe og dale, ligesom en bjergkæde. (Teknisk set er toppene skævhederne.) Når to overflader er i kontakt, kan det se ud til, at de har et stort, veldefineret kontaktområde, men i virkeligheden sker kontakt kun på bestemte steder – altså hvor skævhederne af begge overflader forstyrrer.

Summen af ​​disse små kontaktområder mellem skævhederne omtales som det reelle eller effektive kontaktområde. Fordi disse individuelle kontaktområder er meget små, er trykket (tryk = kraft ÷ areal) mellem overfladerne på disse punkter meget højt. Dette ekstreme tryk tillader vedhæftning mellem overfladerne via en proces kendt som koldsvejsning, som sker på molekylært niveau. Før overfladerne kan bevæge sig i forhold til hinanden, skal de bindinger, der forårsager denne vedhæftning, brydes.

Ydermere betyder overfladernes ruhed, at den ene overflades skævheder nogle steder vil lægge sig i dalene på den anden overflade – med andre ord vil overfladerne gribe ind i hinanden.

Disse sammenlåste områder skal brydes eller plastisk deformeres, før overfladerne kan bevæge sig. Der skal med andre ord forekomme slid. Så i de fleste applikationer er statisk friktion forårsaget af både adhæsion og slid af de kontaktflader.

Lovene om statisk friktion

Der er to love for statisk friktion:

1. Første lov: Den maksimale kraft af statisk friktion er ikke afhængig af kontaktområdet.
2. Anden lov: Den maksimale kraft af statisk friktion er sammenlignelig med normalkraften, dvs. hvis normalkraften øges, øges den maksimale ydre kraft, som objektet kan udholde uden at bevæge sig.

Afledning til formlen for statisk friktion

Lad os betragte en blok med vægt mg, der ligger på en vandret overflade som vist på figuren. Når en krop trykker mod en overflade, deformeres overfladen, selvom den ser ud til at være stiv. Den deforme overflade skubber kroppen med en normalkraft R, der er vinkelret på overfladen. Dette kaldes normal reaktionskraft. Det balancerer mg altså

R = mg

Lad os nu overveje, at der påføres en kraft P på blokken. Det er klart, at kroppen forbliver i ro, fordi en anden kraft F kommer i spil i vandret retning og modarbejder den påførte kraft P, hvilket resulterer i en nettokraft nul på kroppen. Denne kraft F, der virker langs kroppens overflade i kontakt med bordets overflade, kaldes friktionskraft.

Så så længe kroppen ikke bevæger sig F = P. Det betyder, at hvis vi øger P, øges friktionen F også, og forbliver altid lig med P.

Denne friktionskraft, som kommer i spil, indtil den faktiske bevægelse er startet, er kendt som statisk friktion.

Statisk friktionskoefficient

Statisk friktion er friktion, som opleves, når en genstand placeres på en overflade. Og kinetisk friktion skyldes bevægelsen af ​​et objekt på en overflade. Friktion er velkendetegnet ved friktionskoefficienten og forklares som forholdet mellem friktionskraften og normalkraften. Dette hjælper objektet til at ligge på en overflade. Den statiske friktionskoefficient er en skalær størrelse og betegnes som μ_s.

Formlen for statisk friktionskoefficient er udtrykt som

mu_{s} = frac{F}{N}

Hvor

m _s = statisk friktionskoefficient

F = statisk friktionskraft

N = normalkraft

Kinetisk friktion

Kinetisk friktion er defineret som en kraft, der virker mellem bevægelige overflader. Et legeme, der bevæger sig på overfladen, oplever en kraft i den modsatte retning af sin bevægelse. Kraftens størrelse vil afhænge af den kinetiske friktionskoefficient mellem de to materialer.

Friktion defineres let som den kraft, der holder en glidende genstand tilbage. Den kinetiske friktion er en del af alt, og den forstyrrer bevægelse af to eller flere objekter. Kraften virker i den modsatte retning af den måde, et objekt ønsker at glide.

Hvis en bil skal standse, bremser vi, og det er netop der, friktionen spiller ind. Når man går, når man pludselig vil gå i stå, er friktion at takke igen. Men når vi skal stoppe midt i en vandpyt, bliver tingene sværere, da friktionen er mindre og ikke kan hjælpe en så meget.

At overvinde den statiske friktion mellem to overflader fjerner i det væsentlige både de molekylære forhindringer (koldsvejsning mellem skævheder) og til en vis grad de mekaniske forhindringer (interferens mellem overfladernes skævheder og dale) for bevægelse. Når først bevægelse er påbegyndt, fortsætter der med at forekomme en vis slid, men på et meget lavere niveau end under statisk friktion, og den relative hastighed mellem overfladerne giver utilstrækkelig tid til, at yderligere koldsvejsning kan forekomme (undtagen i tilfælde af ekstrem lav hastighed).

Da det meste af adhæsionen og sliddet overvindes for at inducere bevægelse, reduceres modstanden mod bevægelse mellem overfladerne, og overfladerne bevæger sig nu under påvirkning af kinetisk friktion, som er meget lavere end statisk friktion.

Lovene om kinetisk friktion

Der er fire love for kinetisk friktion:

1. Første lov: Kraften af ​​kinetisk friktion (F_k) er direkte proportional med den normale reaktion (N) mellem to overflader i kontakt. Hvor, m _k = konstant kaldet kinetisk friktionskoefficient.
2. Anden lov: Den kinetiske friktionskraft er uafhængig af form og tilsyneladende areal af overfladerne i kontakt.
3. Tredje lov: Det afhænger af arten og materiale af overfladen i kontakt.
4. Fjerde lov: Den er uafhængig af hastigheden af ​​objektet i kontakt, forudsat at den relative hastighed mellem objektet og overfladen ikke er for stor.

Formel for kinetisk friktion

Den kinetiske friktionskoefficient er angivet med det græske bogstav mu ( m ), med et sænket k. Kraften af ​​kinetisk friktion er m _k gange normalkraften på en krop. Det er udtrykt i Newton (N).

Den kinetiske friktionsligning kan skrives som:

Kinetisk friktionskraft = (kinetisk friktionskoefficient) (normalkraft)

F _k = m _k h

Hvor,

F _k = kinetisk friktionskraft

m _k kinetisk friktionskoefficient

h = normal kraft (græsk bogstav eta)

Afledning til formlen for kinetisk friktion

Lad os overveje en vægtblok mg liggende på en vandret overflade som vist på figuren. Når en krop trykker mod en overflade, deformeres overfladen, selvom den ser ud til at være stiv. Den deforme overflade skubber kroppen med en normal kraft R der er vinkelret på overfladen. Dette kaldes normal reaktionskraft. Det balancerer mg altså R = mg .

stater i usa

Lad os nu betragte det som en kraft P påføres på blokken som vist. Det er klart, at kroppen forbliver i ro, fordi en anden kraft F kommer i spil i vandret retning og modarbejder den påførte kraft P resulterer i nettokraft nul på kroppen. Denne kraft F, der virker langs kroppens overflade i kontakt med bordets overflade, kaldes friktionskraft .

Så længe kroppen ikke bevæger sig F = P . Det betyder, at hvis vi øger P, øges friktionen F også, og forbliver altid lig med P.

Når vi øger den påførte kraft lidt ud over den begrænsende friktion, starter den faktiske bevægelse. Det betyder ikke, at friktionen er forsvundet. Det betyder kun, at kraften har overvundet den begrænsende friktion. Denne friktionskraft på dette stadium er kendt som kinetisk friktion eller dynamisk friktion.

Den kinetiske friktion eller dynamisk friktion er den modsatte kraft, der kommer i spil, når en krop faktisk bevæger sig over overfladen af ​​en anden krop.

Anvendelse af statisk og kinetisk friktion

Anvendelser af statisk friktion

Nogle virkelige eksempler på statisk friktion er givet i punkterne nedenfor:

• Papirer på en bordplade
• Et håndklæde hængende på en stativ
• Et bogmærke i en bog
• En bil parkeret på en bakke

Anvendelser af kinetisk friktion

Nogle virkelige eksempler på kinetisk friktion er givet i punkterne nedenfor.

• Friktion spiller også en stor rolle i hverdagslige hændelser, f.eks. mens gnidning af to genstande finder sted. Den resulterende bevægelse omdannes til varme og resulterer således i brand i nogle tilfælde.
• Den er også ansvarlig for slitage, og det er derfor, vi har brug for olie til at smøre maskindele, da det reducerer friktionen.
• Når to genstande gnides mod hinanden, omdannes friktionskraften til termisk energi, hvilket i få tilfælde giver anledning til brand
• Kinetisk friktion er ansvarlig for slid på maskindele, derfor er det vigtigt at smøre maskindelene med olie.

Forskellen mellem statisk og kinetisk friktion

Prøveproblemer baseret på statisk og kinetisk friktion

Spørgsmål 1: En mand skubber stor pap med en kasse på 75,0 kg hen over gulvet.

Løsning:

Den kinetiske friktionskoefficient er μ_k= 0,520

Arbejderen udøver en kraft på 400,0 N fremad.

Hvad er størrelsen af ​​friktionskraften?

Svar: På en flad overflade kan en genstands normalkraft findes ud fra formlen

h = mg

Ved at erstatte værdien af ​​η i ligningen F_k= m_kη, vi får

F_k= (0,520) (75,0 kg) (9,80 m/s²) = 382,2N

Spørgsmål 2: I ovenstående spørgsmål skal du beregne nettokraften, der flytter kassen?

Løsning:

Nettokraften, der virker på et legeme, er summen af ​​alle de kræfter, der virker på kroppen.

I dette tilfælde er de kræfter, der virker på kroppen, kraften, som manden udøver, og den kinetiske friktion, der virker i den modsatte retning.

Hvis den fremadgående bevægelse anses for positiv, beregnes nettokraften som følger:

F_net= F_arbejder– F_k

Ved at erstatte værdierne i ovenstående ligning får vi

F_net= 400 N – 382,2 N = 17,8 N

Spørgsmål 3: Hvorfor oplever rullende bevægelse friktion?

Svar:

I teorien får en bold punktkontakt med overfladen.

Men i virkeligheden deformeres kuglen (og/eller overfladen) på grund af belastningen, og kontaktområdet bliver elliptisk.

I teorien bør rullende overflader, som dem der findes i de fleste roterende og lineære lejer (undtagen glidelejer), ikke støde på friktionskræfter.

Men i virkelige applikationer forårsager tre faktorer friktion i rullende overflader:

1. Microslip mellem overfladerne (fladerne glider i forhold til hinanden)

2. Materialernes uelastiske egenskaber (dvs. deformation).

3. Overfladernes ruhed

Spørgsmål 4: En genstand med en masse på 10 kg placeres på en glat overflade. Statisk friktion mellem disse to overflader er angivet som 15 N. Find koefficienten for statisk friktion?

Løsning:

Givet

m = 10 kg

F = 15 N

m_s= ?

Vi ved det,

Normalkraft, N = mg

Så N = 10 × 9,81 = 98,1 N

Formlen for statisk friktionskoefficient er,

m_s= 15/N

erstatte alt

m_s= 15/98,1

m _s = 0,153

Spørgsmål 5: Normalkraften og den statiske friktionskraft for en genstand er henholdsvis 50 N og 80 N. Finde den statiske friktionskoefficient?

Løsning:

Givet

N = 50 N

F = 80 N og μ_s= ?

Formlen for statisk friktionskoefficient er

m_s= F/N

m_s= 80/50

m_s= 1,6

Spørgsmål 6: Hvad er sammenhængen mellem statisk og kinetisk friktion?

Svar:

Kraften af ​​statisk friktion holder en stationær genstand i ro. Når først den statiske friktionskraft er overvundet, er den kinetiske friktionskraft det, der bremser et objekt i bevægelse.

Spørgsmål 7: Et køleskab vejer 1619 N og den statiske friktionskoefficient er 0,50. Hvad er den mindste kraft, der bruges til at flytte køleskabet?

Løsning:

Givet data:

Køleskabets vægt, B=1619 N

B=1619 N

Statisk friktionskoefficient, μ_s= 0,50

Den minimale kraft, der er nødvendig for at flytte køleskabet, kan gives som,

F = m_sI

F = 0,50 × 1619

F = 809,50 N.