1. Skilgreining á núningskrafti
Núningur er mótstöðukraftur sem verkar á milli yfirborða hluta sem snerta hvor annan. Í þessu efni er núningskrafturinn sem fjallað er um tengdur núningskraftinum sem verkar á milli tveggja fastra yfirborða sem snertast. Til dæmis núningur milli botns bjálka og gólfyfirborðs, núningur milli botns skósins og gólfyfirborðs, núningur milli hjóla bílsins og vegaryfirborðs.
Núningskrafturinn verkar alltaf á yfirborð fastra hluta sem snerta hvor annan, jafnvel þótt þeir séu mjög sléttir. Jafnvel sléttir fletir eru í raun mjög hrjúfir á smásjárstigi. Þegar hlutur hreyfist trufla þessir smásæju hryggir hreyfinguna. Á frumeindastigi veldur útskot á yfirborðinu því að atóm eru mjög nálægt öðrum fleti, þannig að rafkraftar milli atóma geta myndað efnatengi, sem sameining milli tveggja flata á hreyfanlegum hlut. Þegar hlutur hreyfist, til dæmis þegar þú ýtir bók á yfirborð borðsins, lendir hreyfing bókarinnar í hindrunum og stöðvast að lokum. Þetta er vegna myndunar og losunar tengisins.
Ef yfirborð hlutar nuddar við yfirborð annars hlutar, þá verkar hver þessara hluta á núning sín á milli. Núningskrafturinn á hreyfanlega hlutinn er alltaf í gagnstæða átt miðað við hreyfingarátt hlutarins. Auk þess að hindra hreyfingu hluta getur núningur valdið sliti og skemmdum. Við getum séð þetta á vél ökutækis. Til dæmis, þegar við gefum smurolíu á vél mótorhjóls, viljum við í raun draga úr núningskraftinum sem myndast inni í vélinni. Ef hún fær ekki smurolíu, þá skemmist vél ökutækisins fljótt. Þetta dæmi er eitt af þeim tjónum sem núningur veldur.
2. Tegundir af núningskraftar
Það eru tvær gerðir núningskrafta, þ.e. stöðunúningskrafturinn (fs ) og hreyfinúningskrafturinn (fk ) . Stöðunúningskrafturinn virkar þegar hluturinn hefur ekki hreyfst, en hreyfinúningskrafturinn virkar þegar hluturinn er á hreyfingu. Ef þú ýtir á borð en borðið hefur ekki hreyfst, þá er núningskrafturinn sem verkar á borðið sem er í kyrrstöðu stöðunúningskraftur. Aftur á móti, þegar borðið er á hreyfingu, er núningskrafturinn sem verkar á borðið hreyfinúningur. Ef hreyfanlega borðið er ekki alltaf ýtt, mun borðið stöðvast eftir að hafa hreyfst um stund. Borðið stoppar vegna hreyfinúningskraftsins sem hindrar hreyfingu borðsins.
Hefur þú einhvern tímann runnið til þegar þú steigðir á eitthvað slétt? Þegar þú rennur til er núningskrafturinn sem verkar á milli botns skósins eða botns sandala með sléttu yfirborði hreyfinúningur. Þetta vandamál er svipað og þegar mótorhjól eða bíll ekur á blautum og sléttum vegi og bremsar þar til hjólið rennur. Þegar hjólin renna er núningskrafturinn sem verkar á yfirborð hjólsins og vegaryfirborðsins hreyfinúningur. Aftur á móti, þegar þú gengur, er núningskrafturinn sem verkar á milli botns skósins eða botns sandala og gólfyfirborðsins kyrrstæð núningskraftur. Á sama hátt, þegar hjólin renna ekki, er núningskrafturinn sem verkar á yfirborð hjólsins og vegarins kyrrstæð núningur.
2.1 Stöðug núningskraftur
Stöðugleiki er núningskraftur sem verkar á yfirborð hluta sem snerta hvor annan þegar þeir hafa ekki enn hreyfst.
Mynd 1 sýnir hlut sem er enn á yfirborði flatrar flötar. Ef hluturinn hefur ekki enn hreyfst, þá er stöðugur núningskraftur (fs) minni en togkraftur (F). Ef hann heldur áfram að vera dreginn, þá mun hluturinn hreyfast. Þegar hægri hluturinn hreyfist, þá mun stærð stöðuga núningskraftsins (f) aukast.s) er jafnt stærð togkraftsins (F).
Fyrsta lögmál Newtons segir að hlutir séu kyrrstæðir ef heildarkrafturinn (afleiðingarkrafturinn) er núll.
ΣF y = 0 (Hlutur stendur kyrr og hreyfist ekki lóðrétt)
N – w = 0
N = w (1.2)
Skiptu út N í jöfnu 1.1 fyrir N í jöfnu 1.2
fs = μs / w
fs = μs / mg (1.3)
fs = stöðug núningur (N), μs = stöðugur núningstuðull, N = normalkraftur (N), w = þyngdarafl (N), m = massi (kg), g = þyngdarhröðun (m/ s² )
Ef þú vilt ákvarða núningstuðulinn í stöðugri stöðu skaltu nota jöfnu 1.1 b
Σf x = 0 (Hluturinn kyrrst og hreyfist ekki lárétt)
F – fs = 0
F = fs ( 1.4)
Þegar hlutur byrjar að hreyfast er hámarksstöðunúningskrafturinn jafn stærð ýti- eða togkraftsins.
2.2 Hreyfinúningskraftur
Hreyfikrafturinn er núningskrafturinn sem verkar á yfirborð hluta sem snerta hvor annan þegar hlutur hreyfist.
Ef þú vilt ákvarða hreyfinúningsstuðulinn (μk ) , notaðu þá jöfnu 1.5 b.
Mynd 2 sýnir hlut sem er dreginn reglulega þannig að hann hreyfist á jöfnum hraða. Þegar hluturinn hreyfist á jöfnum hraða er stærð hreyfikraftsins (fk) jöfn stærð togkraftsins (F).
Fyrsta lögmál Newtons segir að hlutur hreyfist með jöfnum hraða ef heildarkrafturinn (afleiðingarkrafturinn) er núll.
ΣF x = 0 (hlutir hreyfast með jöfnum hraða í lárétta átt)
F – fk = 0
F = fk ( 1.6)
Dæmi um vandamál 1:
Nemandi dregur bjálka með massa 1 kg sem er staðsettur á borðfleti með því að nota kraftmæli (kraftmælitæki). Þegar bjálkinn hreyfist sýnir kraftmælirinn töluna 2 N. Ef þyngdarhröðunin er = 10 m/s² , ákvarðaðu (a) stærð kyrrstöðunúningskraftsins (b) núningstuðulinn.
lausn:
Þekkt : m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s² , w = mg = 10 N
(a) f s
Þegar bjálkinn hreyfist er stærð núningskraftsins = stærð togkraftsins (samanber jöfnu 1.4). Þannig er f s = F = 2 N.
(b) μ /s
fs = μs / w
2 N = (μ s )(10 N)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
Dæmi um vandamál 2:
Bjálki með massa 1 kg, staðsettur fyrir ofan borðflötinn, er togaður reglulega þannig að bjálkinn hreyfist með jöfnum hraða. Þegar bjálkinn hreyfist með jöfnum hraða sýnir kraftmælirinn töluna 1 N. Ef þyngdarhröðunin er = 10 m/s² , ákvarðaðu (a) stærð hreyfikraftsins (b) hreyfikraftsstuðulinn
lausn:
Þekkt: m = 1 kg, g = 10 m/s² , F = 1 N, w = mg = 10 N
(a) fk
Þegar bjálkinn hreyfist reglulega eða með jöfnum hraða er stærð hreyfikraftsins = stærð togkraftsins (berið saman jöfnu 1.6).
Þannig að fk = F = 1 N
(b) μk
fk = μkw
1 N = (μk ) (10 N)
μk = 1 N / 10 N = 0.1
