Alle elever vet at når det er kontakt mellom to faste flater, oppstår den såk alte friksjonskraften. La oss i denne artikkelen vurdere hva det er, med fokus på påføringspunktet for friksjonskraften.
Hva slags friksjonskraft er det?
Før man vurderer brukspunktet for friksjonskraften, er det nødvendig å kort huske hvilke typer friksjon som finnes i naturen og teknologien.
La oss begynne å vurdere statisk friksjon. Denne typen karakteriserer tilstanden til en solid kropp i ro på en overflate. Friksjonen av hvile forhindrer enhver forskyvning av kroppen fra hviletilstanden. For eksempel, på grunn av virkningen av denne kraften, er det vanskelig for oss å flytte et skap som står på gulvet.
Glidende friksjon er en annen type friksjon. Det viser seg ved kontakt mellom to flater som glir på hverandre. Glidende friksjon motsetter seg bevegelse (retningen til friksjonskraften er motsatt av kroppens hastighet). Et slående eksempel på handlingen er en skiløper eller skater som glir på is på snø.
Endelig ruller den tredje typen friksjon. Det eksisterer alltid når en kropp ruller på overflaten av en annen. For eksempel er rulling av et hjul eller lagre gode eksempler der rullefriksjon er viktig.
De to første av de beskrevne typene oppstår på grunn av ruhet på gnide overflater. Den tredje typen oppstår på grunn av deformasjonshysteresen til det rullende legemet.
Punkter for bruk av glide- og hvilefriksjonskrefter
Det ble sagt ovenfor at den statiske friksjonen hindrer den ytre virkende kraften, som har en tendens til å bevege objektet langs kontaktflaten. Dette betyr at retningen til friksjonskraften er motsatt av retningen til den ytre kraften parallelt med overflaten. Påføringspunktet for den betraktede friksjonskraften er i kontaktområdet mellom to overflater.
Det er viktig å forstå at den statiske friksjonskraften ikke er en konstant verdi. Den har en maksimumsverdi, som beregnes ved hjelp av følgende formel:
Ft=µtN.
Maksimumsverdien vises imidlertid bare når kroppen starter sin bevegelse. I alle andre tilfeller er den statiske friksjonskraften nøyaktig lik i absolutt verdi med den parallelle overflaten til den ytre kraften.
Når det gjelder punktet for påføring av kraften til glidende friksjon, skiller det seg ikke fra det for statisk friksjon. Når vi snakker om forskjellen mellom statisk og glidende friksjon, bør den absolutte betydningen av disse kreftene bemerkes. Dermed er kraften til glidefriksjonen for et gitt materialepar en konstant verdi. I tillegg er den alltid mindre enn den maksimale kraften til statisk friksjon.
Som du kan se, faller ikke anvendelsespunktet for friksjonskrefter sammen med kroppens tyngdepunkt. Dette betyr at kreftene som vurderes skaper et moment som har en tendens til å velte det glidende legemet fremover. Det siste kan observeres når syklisten bremser hardt med forhjulet.
Rullende friksjon og dens påføringspunkt
Siden den fysiske årsaken til rullefriksjonen er forskjellig fra den for friksjonstypene diskutert ovenfor, har påføringspunktet for rullefriksjonskraften en litt annen karakter.
Anta at hjulet på bilen er på fortauet. Det er tydelig at dette hjulet er deformert. Arealet av kontakten med asf alt er lik 2dl, der l er bredden på hjulet, 2d er lengden på sidekontakten til hjulet og asf alten. Kraften til rullefriksjon, i sin fysiske essens, manifesterer seg i form av et reaksjonsmoment av støtten rettet mot rotasjonen av hjulet. Dette øyeblikket beregnes som følger:
M=Nd
Hvis vi deler det og multipliserer det med radiusen til hjulet R, får vi:
M=Nd/RR=FtR hvor Ft=Nd/R
Dermed er den rullende friksjonskraften Ft faktisk reaksjonen til støtten, og skaper et kraftmoment som har en tendens til å bremse hjulets rotasjon.
Punkten for påføring av denne kraften er rettet vertik alt oppover i forhold til overflaten av planet og forskyves til høyre fra massesenteret med d (forutsatt at hjulet beveger seg fra venstre mot høyre).
Eksempel på problemløsning
HandlingFriksjonskraft av noe slag har en tendens til å bremse den mekaniske bevegelsen til kropper, mens den konverterer deres kinetiske energi til varme. La oss løse følgende problem:
bar glir på en skrå overflate. Det er nødvendig å beregne akselerasjonen av bevegelsen hvis det er kjent at koeffisienten for glidning er 0,35, og helningsvinkelen til overflaten er 35o.
La oss vurdere hvilke krefter som virker på stangen. Først blir tyngdekraftskomponenten rettet nedover langs glideflaten. Det er lik:
F=mgsin(α)
For det andre virker en konstant friksjonskraft oppover langs planet, som er rettet mot akselerasjonsvektoren til kroppen. Det kan bestemmes av formelen:
Ft=µtN=µtmgcos (α)
Da vil Newtons lov for en stang som beveger seg med akselerasjon a ha formen:
ma=mgsin(α) - µtmgcos(α)=>
a=gsin(α) - µtgcos(α)
Ved å erstatte dataene med likhet, får vi at a=2,81 m/s2. Merk at den funnet akselerasjonen ikke avhenger av stangens masse.
