ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับแรงเสียดทาน

ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับแรงเสียดทาน 6 ข้อ

1. วัตถุมวล 1 กิโลกรัมวางนิ่งอยู่บนพื้นผิวเรียบขรุขระ สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตเท่ากับ 0,4 และความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงเท่ากับ 10 เมตร/วินาที²²จงหา (ก) ขนาดของแรงเสียดทานสถิต และ (ข) แรงดึงขั้นต่ำ F ที่ทำให้บล็อกเริ่มเคลื่อนที่!
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
ถาม :
(a) ขนาดของแรงเสียดทานสถิต (b) ขนาดของแรงดึงขั้นต่ำ (F)
จาวาบ :
(ก) ขนาดของแรงเสียดทานสถิต (f)_s)
(ข) แรงดึงขั้นต่ำ (F)
ถ้าเราดึงวัตถุด้วยแรง F แต่วัตถุยังคงหยุดนิ่ง แสดงว่ามีแรงเสียดทานสถิตกระทำต่อวัตถุ แต่ถ้าเราดึงวัตถุด้วยแรง F และวัตถุเริ่มเคลื่อนที่แล้ว แสดงว่ามีแรงเสียดทานจลน์กระทำต่อวัตถุ แรงเสียดทานสถิตจะยับยั้งการเคลื่อนที่ของวัตถุ และดังแสดงในภาพ ทิศทางของแรงเสียดทานสถิตจะตรงข้ามกับทิศทางของแรงดึง (F) เมื่อแรงดึง (F) มีขนาดเท่ากับแรงเสียดทานสถิต วัตถุจะเริ่มเคลื่อนที่ (หรืออาจหยุดนิ่ง) วัตถุจะเริ่มเคลื่อนที่เมื่อแรงดึงมากกว่าแรงเสียดทานสถิต
ดังนั้น แรงดึงขั้นต่ำ (F) ที่ทำให้บล็อกเริ่มเคลื่อนที่คือ 4 นิวตัน

2. วัตถุมวล 1 กิโลกรัม วางอยู่บนพื้นผิวเรียบขรุขระ ถูกดึงด้วยแรง F ในลักษณะที่วัตถุเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงด้วยความเร็วคงที่ ถ้าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์เท่ากับ 0,1 จงหาขนาดของแรงดึง F! (g = 10 m/s²)²)  
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
ถาม :
จาวาบ :
วัตถุที่เคลื่อนที่ในเส้นตรงด้วยความเร็วคงที่ = วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ = วัตถุที่เคลื่อนที่โดยไม่มีความเร่ง กฎข้อที่หนึ่งของนิวตันกล่าวว่า ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเท่ากับ 0 แสดงว่าวัตถุนั้นหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่
บล็อกเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ดังนั้นแรงลัพธ์ที่กระทำต่อบล็อกจึงเท่ากับ 0 เพื่อให้แรงลัพธ์เท่ากับ 0 นอกจากแรงดึง F ไปทางขวาแล้ว จะต้องมีแรงอีกแรงหนึ่งที่มีขนาดเท่ากับ F แต่มีทิศทางไปทางซ้าย แรงที่ว่านี้คือแรงเสียดทานจลน์ ซึ่งเป็นแรงเสียดทานจลน์ที่กระทำต่อบล็อกขณะที่วัตถุกำลังเคลื่อนที่ ในทางคณิตศาสตร์:
เนื่องจากวัตถุเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงด้วยอัตราคงที่ ขนาดของแรงดึง F = f_s = 1 นิวตัน

3. กล่องมวล 1 กิโลกรัมกำลังเลื่อนลงมาด้วยความเร็วคงที่บนพื้นเอียงขรุขระ จงหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์… (g = 10 m/s²)²)
การอภิปราย

คำบรรยายภาพ :
w = แรงโน้มถ่วง, w_x = ส่วนประกอบของแรงโน้มถ่วงที่ขนานกับพื้นผิวของระนาบเอียง, w_y = ส่วนประกอบของแรงโน้มถ่วงที่ตั้งฉากกับระนาบเอียง, N = แรงปฏิกิริยาตั้งฉาก, f_k = แรงเสียดทานจลน์

จาวาบ :
กล่องเลื่อนลงด้วยความเร็วคงที่ ดังนั้นแรงลัพธ์จึงเท่ากับ 0 กล่องเคลื่อนที่บนพื้นผิวของระนาบเอียง โดยที่บนพื้นผิวของระนาบเอียงมีแรง w กระทำอยู่_x และ เอฟ_kแรงทั้งสองนี้มีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงข้าม ดังนั้นแรงลัพธ์จึงเท่ากับ 0

[ภาษาอังกฤษ : แรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทานจลน์ – ปัญหาและวิธีแก้ปัญหา ]

4. ถ้ามวลของวัตถุคือ 4 กิโลกรัม มุมเอียงจะเป็น 30 องศา^o และความเร่งโน้มถ่วง 10 ms²^-2 วัตถุจะยังคงเลื่อนต่อไป ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูงสุดระหว่างวัตถุกับพื้นเอียงคือ…
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
m = 4 กก., g = 10 ม./วินาที²
ถาม: ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูงสุดคือเท่าไร?
คำตอบ :
สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตมีค่ามากกว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์ ดังนั้น สิ่งที่หมายถึงสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูงสุด จึงหมายถึงสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตสูงสุด
วัตถุจะไม่เคลื่อนที่ในแนวดิ่ง:
แทนที่ f_s ในสมการที่ 1 กับ f_s ในสมการที่ 2
5. ถ้าวางวัตถุบนพื้นผิวที่ขรุขระแล้วออกแรงดึง จะเกิดแรงต้านที่เรียกว่าแรงเสียดทานขึ้น ขนาดของแรงเสียดทานนี้ขึ้นอยู่กับ...
ก. ความหยาบของพื้นผิวเสียดทาน
B. ขนาดของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก
ค. ความหยาบของพื้นผิวเสียดทานและขนาดของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก
ง. มวลของวัตถุที่ถูกดึง
E. ขนาดของแรงที่ดึงดูดวัตถุ
การอภิปราย
แรงเสียดทานสถิตเกิดขึ้นเมื่อวัตถุถูกดึงแต่ยังไม่เคลื่อนที่ แรงเสียดทานจลน์เกิดขึ้นเมื่อวัตถุกำลังเคลื่อนที่
ถ้าวัตถุอยู่บนระนาบแบนราบแล้ว N = w = mg
ถ้าวัตถุอยู่บนระนาบเอียงแล้ว N = w_y = w cos theta (ดูตัวอย่างโจทย์ข้อ 1)
คำอธิบาย: f_s = แรงเสียดทานสถิต, f_k = แรงเสียดทานจลน์, N = แรงปฏิกิริยาตั้งฉาก, w = แรงโน้มถ่วง, = มวลของวัตถุ, g = ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง
หากโจทย์กล่าวถึงพื้นผิวเรียบที่ขรุขระ ขนาดของแรงเสียดทานจะขึ้นอยู่กับความขรุขระของพื้นผิว (สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน) และแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N)
คำตอบที่ถูกต้องคือ C.

6. ขนาดของแรงเสียดทานที่กระทำต่อวัตถุที่เคลื่อนที่บนพื้นเอียงขึ้นอยู่กับ...
ก. น้ำหนักของวัตถุและความเร็วของวัตถุ
B. มุมเอียงของระนาบเทียบกับระนาบแนวนอน และความเร็วของวัตถุ
ค. แรงปฏิกิริยาตั้งฉากและความหยาบของพื้นผิววัตถุ
D. น้ำหนักของวัตถุและมุมเอียงของระนาบเทียบกับระนาบแนวนอน
E. ความขรุขระของพื้นผิวระนาบและความเร็วของวัตถุ
การอภิปราย
สูตรสำหรับแรงเสียดทานสถิตสูงสุดบนพื้นเอียง:
คำตอบที่ถูกต้องคือ C.
ในขณะที่ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับมุมเอียงเทียบกับแนวราบ (theta) เท่านั้น