1. Definition av friktionskraft
Friktion är en bromskraft som verkar mellan ytorna på föremål som vidrör varandra. I detta ämne är den friktionskraft som studeras relaterad till friktionskraften som verkar mellan två fasta kroppsytor som vidrör varandra. Såsom friktion mellan balkens bas och golvytan, friktion mellan skons bas och golvytan, friktion mellan bilens hjul och vägytan.
Friktionskraften verkar alltid på ytan av fasta föremål som vidrör varandra, även om föremålen är mycket släta. Även släta ytor är faktiskt mycket grova i mikroskopisk skala. När ett föremål rör sig stör dessa mikroskopiska åsar rörelsen. På atomnivå orsakar en utbuktning på ytan att atomer är mycket nära andra ytor, så att de elektriska krafterna mellan atomer kan bilda kemiska bindningar, som en förening mellan två ytor på ett rörligt föremål. När ett föremål rör sig, till exempel när du trycker en bok mot bordsytan, stöter bokens rörelse på hinder och stannar slutligen. Detta beror på att bindningen bildas och lossnar.
Om ytan på ett föremål gnider mot ytan på ett annat föremål, verkar vart och ett av dessa föremål på friktion mellan varandra. Friktionskraften på det rörliga föremålet är alltid i motsatt riktning mot föremålets rörelseriktning. Förutom att hämma föremålens rörelse kan friktion orsaka slitage och skador. Vi kan observera detta på fordonsmotorn. Till exempel, när vi tillför smörjolja till en motorcykelmotor, vill vi faktiskt minska friktionskraften som uppstår inuti motorn. Om den inte får smörjolja skadas vår fordonsmotor snabbt. Detta exempel är en av de förluster som orsakas av friktion.
2. Typer av friktionskrafter
Det finns två typer av friktionskrafter, nämligen den statiska friktionskraften (fs) och den kinetiska friktionskraften (fk). Den statiska friktionskraften verkar när objektet inte har rört sig, medan den kinetiska friktionskraften verkar när objektet rör sig. Om du trycker på ett bord, men bordet inte har rört sig, är friktionskraften som verkar på bordet som är i vila en statisk friktionskraft. Omvänt, när bordet rör sig, är friktionskraften som verkar på bordet kinetisk friktion. Om det rörliga bordet inte trycks hela tiden kommer bordet att stanna efter att ha rört sig ett tag. Bordet stannar på grund av den kinetiska friktionskraften som blockerar bordets rörelse.
Har du någonsin halkat när du trampat på något slätt? När du halkar är friktionskraften som verkar mellan skons bas eller undersidan av en sandal med slät yta kinetisk friktion. Detta problem liknar när en motorcykel eller bil rör sig över en våt och slät vägyta och bromsar tills hjulet slirar. När hjulen slirar är friktionskraften som verkar på hjulets yta och vägytan kinetisk friktionskraft. Omvänt, när du går, är friktionskraften som verkar mellan skons bas eller undersidan av sandalerna och golvytan en statisk friktionskraft. På samma sätt, när hjulen inte slirar, är friktionskraften som verkar på hjulets yta och vägen statisk friktion.
2.1 Statisk friktionskraft
Den statiska friktionskraften är en friktionskraft som verkar på ytan av föremål som vidrör varandra när föremålen ännu inte har rört sig.
Figur 1 visar ett objekt som fortfarande befinner sig på ytan av ett plant plan. Om objektet ännu inte har rört sig är den statiska friktionskraften (fs) mindre än dragkraften (F). Om det fortsätter att dras kommer objektet att röra sig. När det högra objektet rör sig kommer storleken på den statiska friktionskraften (f) att variera.s) är lika med dragkraftens storlek (F).
Newtons första lag säger att föremål är i vila om den totala kraften (resulterande kraft) är noll.
ΣFy = 0 (Objektet vilar och rör sig inte i vertikal riktning)
N – w = 0
N = w (1.2)
Ersätt N i ekvation 1.1 med N i ekvation 1.2
fs = μs w
fs = μs mg (1.3)
fs = statisk friktion (N), μs = statisk friktionskoefficient, N = normalkraft (N), w = gravitation (N), m = massa (kg), g = tyngdacceleration (m/s)2)
Om du vill bestämma den statiska friktionskoefficienten, använd då ekvation 1.1 b
Σfx = 0 (Objektet vilar och rör sig inte i horisontell riktning)
F – fs = 0
F = fs Lagring
När objektet börjar röra sig är den maximala statiska friktionskraften lika med storleken på tryck- eller dragkraften.
2.2 Kinetisk friktionskraft
Den kinetiska friktionskraften är den friktionskraft som verkar på ytan av föremål som vidrör varandra när ett föremål rör sig.
Om du vill bestämma den kinetiska friktionskoefficienten (μk), använd ekvation 1.5 b
Figur 2 visar ett föremål som dras regelbundet så att föremålet rör sig med konstant hastighet. Vid rörelse med konstant hastighet är storleken på den kinetiska friktionskraften (fk) lika med storleken på dragkraften (F).
Newtons första lag säger att ett föremål rör sig med konstant hastighet om den totala kraften (resulterande kraft) är noll.
ΣFx = 0 (föremål rör sig med konstant hastighet i horisontell riktning)
F – fk = 0
F = fk Lagring
Exempelproblem 1:
En elev drar en balk med massan 1 kg som placeras på bordsytan med hjälp av en dynamometer (en kraftmätare). När balken rör sig visar dynamometern siffran 2 N. Om tyngdaccelerationen är = 10 m/s2, bestäm (a) storleken på den statiska friktionskraften (b) den statiska friktionskoefficienten
Lösning:
Känd: m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s2, w = mg = 10 N
(a) fs
När balken rör sig är storleken på den statiska friktionskraften = storleken på dragkraften (jämför ekvation 1.4). Så, fs = F = 2 N.
(b) μs
fs = μs w
2 N = (μs)(10 N)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
Exempelproblem 2:
En balk med massan 1 kg, placerad ovanför bordsytan, dras regelbundet så att balken rör sig med konstant hastighet. När balken rör sig med konstant hastighet visar dynamometern siffran 1 N. Om tyngdaccelerationen = 10 m/s2, bestäm (a) storleken på den kinetiska friktionskraften (b) den kinetiska friktionskoefficienten
Lösning:
Känd: m = 1 kg, g = 10 m/s2, F = 1 N, w = mg = 10 N
(a) fk
När balken rör sig regelbundet eller med konstant hastighet är storleken på den kinetiska friktionskraften = storleken på dragkraften (jämför ekvation 1.6).
Så fk = F = 1 N
(b) μk
fk = μk w
1 N = (μk)(10 N)
μk = 1 N / 10 N = 0.1
