1. Difino de frikcia forto
Frotado estas rezisto, kiu funkcias inter la surfacoj de objektoj, kiuj tuŝas unu la alian. En ĉi tiu temo, la studata frota forto rilatas al la frota forto aganta inter du solidaj surfacoj, kiuj tuŝas unu la alian. Ekzemple, frotado inter la bazo de la trabo kaj la planksurfaco, frotado inter la ŝubazo kaj la planksurfaco, frotado inter la radoj de la aŭto kaj la vojsurfaco.
La frota forto ĉiam efikas sur la surfaco de solidaj objektoj, kiuj tuŝas unu la alian, kvankam la objektoj estas tre glataj. Eĉ glataj surfacoj estas fakte tre malglataj je mikroskopa skalo. Kiam objekto moviĝas, ĉi tiuj mikroskopaj krestoj malhelpas la moviĝon. Je la atomnivelo, elstaraĵo sur la surfaco kaŭzas, ke atomoj estas tre proksimaj al aliaj surfacoj, tiel ke la elektraj fortoj inter atomoj povas formi kemiajn ligojn, kiel kuniĝo inter du surfacoj de moviĝanta objekto. Kiam objekto moviĝas, ekzemple kiam vi puŝas libron sur la surfacon de la tablo, la movado de la libro spertas obstaklojn kaj fine ĉesas. Ĉi tio ŝuldiĝas al la formiĝo kaj liberiĝo de la ligo.
Se la surfaco de objekto frotiĝas kontraŭ la surfaco de alia objekto, ĉiu el ĉi tiuj objektoj funkcias per frotado inter si. La frota forto sur la moviĝanta objekto ĉiam estas en la kontraŭa direkto al la direkto de movado de la objekto. Krom inhibicii la movadon de objektoj, frotado povas kaŭzi eluziĝon kaj difekton. Ni povas observi tion ĉe veturila motoro. Ekzemple, kiam ni provizas lubrikan oleon al motorcikla motoro, ni fakte volas redukti la frotan forton, kiu okazas interne de la motoro. Se ĝi ne ricevas la lubrikan oleon, nia veturila motoro rapide difektiĝas. Ĉi tiu ekzemplo estas unu el la perdoj kaŭzitaj de frotado.
2. Specoj de frikciaj fortoj
Ekzistas du tipoj de frotaj fortoj, nome la forto de statika froto (fs ) kaj la forto de kineta froto (fk ) . La statika frota forto funkcias kiam la objekto ne moviĝis, dum la kineta frota forto funkcias kiam la objekto moviĝas. Se vi puŝas tablon, sed la tablo ne moviĝis, tiam la frota forto aganta sur la tablon, kiu estas en ripozo, estas statika frota forto. Male, kiam la tablo moviĝas, la frota forto aganta sur la tablon estas kineta froto. Se la moviĝanta tablo ne estas ĉiam puŝata, la tablo haltos post iom da tempo de movado. La tablo haltas pro la kineta frota forto, kiu blokas la movadon de la tablo.
Ĉu vi iam glitis paŝante sur ion glatan? Kiam vi glitas, la frotforto, kiu funkcias inter la bazo de la ŝuo aŭ la plando de sandalo kun glata surfaco, estas kineta frotado. Ĉi tiu problemo similas al kiam motorciklo aŭ aŭto moviĝas sur malseka kaj glata vojsurfaco, bremsante ĝis la rado glitas. Kiam la radoj glitas, la frotforto aganta sur la surfacon de la rado kaj la vojsurfaco estas kineta frotforto. Male, kiam vi marŝas, la frotforto, kiu funkcias inter la bazo de la ŝuo aŭ la plando de la sandaloj kun la plankosurfaco, estas statika frotforto. Simile, kiam la radoj ne glitas, la frotforto aganta sur la surfacon de la rado kaj la vojo estas statika frotado.
2.1 Statika frikcia forto
La statika frikcia forto estas frikcia forto aganta sur la surfacon de objektoj, kiuj tuŝas unu la alian kiam la objektoj ankoraŭ ne moviĝis.
Figuro 1 montras objekton, kiu ankoraŭ estas sur la surfaco de ebeno. Se la objekto ankoraŭ ne moviĝis, tiam la statika frotforto (fs) estas pli malgranda ol la tirforto (F). Se ĝi daŭre estas tirata, tiam la objekto moviĝos. Kiam la ĝusta objekto moviĝos, la grando de la statika frotforto (fs) egalas al la grando de la tirforto (F).
La unua leĝo de Neŭtono deklaras, ke objektoj estas en ripozo se la tuta forto (rezulta forto) estas nulo.
ΣF y = 0 (Objekto ripozas kaj ne moviĝas vertikale)
N – w = 0
N = w (1.2)
Anstataŭigu N en ekvacio 1.1 per N en ekvacio 1.2
f s = μ s w
f s = μ s mg (1.3)
fs = statika frotado (N), μs = koeficiento de statika frotado, N = normala forto (N), w = gravito (N), m = maso (kg), g = akcelo de gravito (m/ s² )
Se vi volas determini la koeficienton de statika frotado, tiam uzu ekvacion 1.1 b
Σf x = 0 (Objekto ripozas kaj ne moviĝas en la horizontala direkto)
F – fs = 0
F = fs ( 1.4)
Kiam la objekto komencas moviĝi, la maksimuma statika frikcioforto egalas la magnitudon de la puŝo- aŭ tirforto.
2.2 Kineta frikcia forto
La kineta frikcia forto estas la frikcia forto aganta sur la surfacon de objektoj kiuj tuŝas unu la alian kiam objekto moviĝas.
Se vi volas determini la koeficienton de kineta frotado (μ k ), uzu ekvacion 1.5 b
Figuro 2 montras objekton tiratan regule tiel ke la objekto moviĝas kun konstanta rapido. Kiam oni moviĝas kun konstanta rapido, la grando de la kineta frota forto (fk) egalas la grandon de la tirforto (F).
La unua leĝo de Neŭtono deklaras, ke objekto moviĝas je konstanta rapido se la tuta forto (rezulta forto) estas nulo.
ΣF x = 0 (objektoj moviĝas kun konstanta rapideco en la horizontala direkto)
F – fk = 0
F = fk ( 1.6)
Ekzempla problemo 1:
Studento tiras trabon kun maso de 1 kg, kiu troviĝas sur la tablosurfaco, uzante dinamometron (fortomezurilon). Kiam la trabo moviĝas, la dinamometro montras la nombron 2 N. Se la akcelo de gravito = 10 m/s² , determinu (a) la magnitudon de la statika frotforto (b) la koeficienton de statika frotforto.
solvo:
Konata : m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s² , w = mg = 10 N
(a) f s
Kiam la trabo moviĝos, la grando de la statika frota forto = la grando de la tira forto (komparu ekvacion 1.4). Do, fs = F = 2 N.
(b) μs
f s = μ s w
2 N = (μs ) (10 N)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
Ekzempla problemo 2:
Trabo kun maso de 1 kg situanta super la tablosurfaco estas regule tirata tiel ke la trabo moviĝas kun konstanta rapido. Kiam la trabo moviĝas kun konstanta rapido, la dinamometro montras la nombron 1 N. Se la akcelo de gravito = 10 m/s² , determinu (a) la magnitudon de la kineta frotforto (b) la koeficienton de kineta frotforto.
solvo:
Konata: m = 1 kg, g = 10 m/s² , F = 1 N, w = mg = 10 N
(a) f k
Kiam la trabo moviĝas regule aŭ moviĝas kun konstanta rapido, la grando de la kineta frota forto = la grando de la tirforto (komparu ekvacion 1.6).
Do f k = F = 1 N
(b) μk
f k = μ k w
1 N = (μk ) (10⁻⁵ N)
μk = 1 N / 10 N = 0.1
