1. Definisie van wrywingskrag
Wrywing is 'n weerstand wat tussen die oppervlaktes van voorwerpe wat aan mekaar raak, werk. In hierdie onderwerp hou die wrywingskrag wat bestudeer word verband met die wrywingskrag wat tussen twee soliede liggaamsoppervlaktes wat aan mekaar raak, inwerk. Soos wrywing tussen die basis van die balk en die vloeroppervlak, wrywing tussen die skoenbasis en die vloeroppervlak, wrywing tussen die wiele van die motor en die padoppervlak.
Die wrywingskrag werk altyd op die oppervlak van vaste voorwerpe wat aan mekaar raak, al is die voorwerpe baie glad. Selfs gladde oppervlaktes is eintlik baie ru op 'n mikroskopiese skaal. Wanneer 'n voorwerp beweeg, belemmer hierdie mikroskopiese rante die beweging. Op atoomvlak veroorsaak 'n uitsteeksel op die oppervlak dat atome baie naby aan ander oppervlaktes is, sodat die elektriese kragte tussen atome chemiese bindings kan vorm, as 'n vereniging tussen twee oppervlaktes van 'n bewegende voorwerp. Wanneer 'n voorwerp beweeg, byvoorbeeld wanneer jy 'n boek op die oppervlak van die tafel stoot, ondervind die beweging van die boek hindernisse en stop uiteindelik. Dit is as gevolg van die vorming en vrystelling van die binding.
As die oppervlak van 'n voorwerp teen die oppervlak van 'n ander voorwerp vryf, werk elkeen van hierdie voorwerpe op wrywing tussen mekaar. Die wrywingskrag op die bewegende voorwerp is altyd in die teenoorgestelde rigting as die bewegingsrigting van die voorwerp. Benewens die inhibeer van die beweging van voorwerpe, kan wrywing slytasie en skade veroorsaak. Ons kan dit op die voertuigenjin waarneem. Byvoorbeeld, wanneer ons smeerolie aan 'n motorfietsenjin verskaf, wil ons eintlik die wrywingskrag wat binne die enjin voorkom, verminder. As dit nie die smeerolie kry nie, word ons voertuigenjin vinnig beskadig. Hierdie voorbeeld is een van die verliese wat deur wrywing veroorsaak word.
2. Tipes wrywingskragte
Daar is twee tipes wrywingskragte, naamlik die krag van statiese wrywing (fs ) en die krag van kinetiese wrywing (fk ) . Die statiese wrywingskrag werk wanneer die voorwerp nie beweeg het nie, terwyl die kinetiese wrywingskrag werk wanneer die voorwerp beweeg. As jy 'n tafel stoot, maar die tafel het nie beweeg nie, dan is die wrywingskrag wat op die tafel inwerk wat in rus is, 'n statiese wrywingskrag. Omgekeerd, wanneer die tafel beweeg, is die wrywingskrag wat op die tafel inwerk kinetiese wrywing. As die bewegende tafel nie altyd gestoot word nie, sal die tafel stop nadat dit 'n rukkie beweeg het. Die tafel stop as gevolg van die kinetiese wrywingskrag wat die beweging van die tafel blokkeer.
Het jy al ooit gegly toe jy op iets glad getrap het? Wanneer jy gly, is die wrywingskrag wat tussen die basis van die skoen of die onderkant van 'n sandaal met 'n gladde oppervlak werk, kinetiese wrywing. Hierdie probleem is soortgelyk aan wanneer 'n motorfiets of motor oor 'n nat en gladde padoppervlak beweeg en rem totdat die wiel gly. Wanneer die wiele gly, is die wrywingskrag wat op die oppervlak van die wiel en die padoppervlak inwerk, 'n kinetiese wrywingskrag. Omgekeerd, wanneer jy loop, is die wrywingskrag wat tussen die skoenbasis of die onderkant van die sandale met die vloeroppervlak inwerk, 'n statiese wrywingskrag. Net so, wanneer die wiele nie gly nie, is die wrywingskrag wat op die oppervlak van die wiel en die pad inwerk, statiese wrywing.
2.1 Statiese wrywingskrag
Die statiese wrywingskrag is die wrywingskrag wat op die oppervlak van voorwerpe inwerk wat aan mekaar raak wanneer voorwerpe nog nie beweeg het nie.
Figuur 1 toon 'n voorwerp wat steeds op die oppervlak van 'n plat vlak is. As die voorwerp nog nie beweeg het nie, is die statiese wrywingskrag (fs) kleiner as die trekkrag (F). As dit aanhou trek, sal die voorwerp beweeg. Wanneer die regtervoorwerp beweeg, sal die grootte van die statiese wrywingskrag (f)s) is gelyk aan die grootte van die trekkrag (F).
Newton se Eerste Wet bepaal dat voorwerpe in rus is as die totale krag (resulterende krag) nul is.
ΣF y = 0 (Voorwerp rus en beweeg nie in 'n vertikale rigting nie)
N – w = 0
N = w (1.2)
Vervang N in vergelyking 1.1 met N in vergelyking 1.2
fs = μsw
fs = μs mg ( 1.3)
fs = statiese wrywing (N), μs = koëffisiënt van statiese wrywing, N = normaalkrag (N), w = swaartekrag (N), m = massa (kg), g = versnelling van swaartekrag (m/ s² )
As jy die koëffisiënt van statiese wrywing wil bepaal, gebruik dan vergelyking 1.1 b.
Σf x = 0 (Voorwerp rus en beweeg nie in die horisontale rigting nie)
F – fs = 0
F = fs ( 1.4)
Wanneer die voorwerp begin beweeg, is die maksimum statiese wrywingskrag gelyk aan die grootte van die stoot- of trekkrag.
2.2 Kinetiese wrywingskrag
Die kinetiese wrywingskrag is die wrywingskrag wat op die oppervlak van voorwerpe inwerk wat aan mekaar raak wanneer 'n voorwerp beweeg.
As jy die kinetiese wrywingskoëffisiënt (μk) wil bepaal , gebruik vergelyking 1.5b.
Figuur 2 toon 'n voorwerp wat gereeld getrek word sodat die voorwerp teen 'n konstante spoed beweeg. Wanneer dit teen 'n konstante spoed beweeg, is die grootte van die kinetiese wrywingskrag (fk) gelyk aan die grootte van die trekkrag (F).
Newton se Eerste Wet bepaal dat 'n voorwerp teen 'n konstante spoed beweeg as die totale krag (resulterende krag) nul is.
ΣF x = 0 (voorwerpe beweeg teen 'n konstante spoed in die horisontale rigting)
F – fk = 0
F = fk (1.6)
Voorbeeldprobleem 1:
'n Student trek 'n balk met 'n massa van 1 kg wat op die tafeloppervlak geplaas is met behulp van 'n dinamometer (’n kragmetingsinstrument). Wanneer die balk beweeg, wys die dinamometer die getal 2 N. As die swaartekragversnelling = 10 m/s² is , bepaal (a) die grootte van die statiese wrywingskrag (b) die koëffisiënt van statiese wrywing
Oplossing:
Bekend : m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s² , w = mg = 10 N
(a) f s
Wanneer die balk beweeg, is die grootte van die statiese wrywingskrag = die grootte van die trekkrag (vergelyk vergelyking 1.4). Dus, fs = F = 2 N.
(b) μs
fs = μsw
2 N = (μs ) (10 N)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
Voorbeeldprobleem 2:
'n Balk met 'n massa van 1 kg wat bo die tafeloppervlak geleë is, word gereeld getrek sodat die balk teen 'n konstante spoed beweeg. Wanneer die balk teen 'n konstante spoed beweeg, wys die dinamometer die getal 1 N. As die swaartekragversnelling = 10 m/s² is , bepaal (a) die grootte van die kinetiese wrywingskrag (b) die koëffisiënt van kinetiese wrywing
Oplossing:
Bekend: m = 1 kg, g = 10 m/s² , F = 1 N, w = mg = 10 N
(a) fk
Wanneer die balk gereeld beweeg of teen 'n konstante spoed beweeg, is die grootte van die kinetiese wrywingskrag = die grootte van die trekkrag (vergelyk vergelyking 1.6).
Dus fk = F = 1 N
(b) μk
fk = μkw
1 N = (μ k )(10 N)
μk = 1 N / 10 N = 0.1
