Sisältö
Pinnat käyttävät kitkavoimaa, joka vastustaa liukuvia liikkeitä, ja sinun on laskettava tämän voiman koko osana monia fysiikan ongelmia. Kitkan määrä riippuu pääasiassa ”normaalista voimasta”, jonka pinnat kohdistavat niissä istuviin esineisiin, sekä tarkastelemasi pinnan ominaisuuksista. Useimpiin tarkoituksiin voit käyttää kaavaa F = μN laskea kitka, N seisoo "normaalin" voiman ja "μ”Sisältäen pinnan ominaisuudet.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Laske kitkavoima kaavalla:
F = μN
Missä N on normaali voima ja μ on materiaalien kitkakerroin ja onko ne paikallaan vai liikkuvat. Normaali voima on yhtä suuri kuin esineen paino, joten tämä voidaan kirjoittaa myös:
F = μmg
Missä m on esineen massa ja g on painovoimasta johtuva kiihtyvyys. Kitka estää esineen liikettä.
Mikä on kitka?
Kitka kuvaa kahden pinnan välistä voimaa, kun yrität liikkua toistensa yli. Voima vastustaa liikettä, ja useimmissa tapauksissa voima toimii vastakkaiseen suuntaan kuin liike. Alemmalla tasolla molekyylitasolla, kun painat kahta pintaa yhteen, kummankin pinnan pienet epätäydellisyydet voivat lukkiutua, ja toisen materiaalin molekyylien välillä voi olla houkuttelevia voimia. Nämä tekijät vaikeuttavat niiden siirtämistä toistensa ohi. Et kuitenkaan työskentele tällä tasolla, kun lasket kitkavoimaa. Fyysikot ryhmittelevät kaikki nämä tekijät arjen tilanteisiin "kertoimeen" μ.
Kitkavoiman laskeminen
”Normaali” voima kuvaa voimaa, jonka esine, jolle esine lepää (tai johon se puristetaan), kohdistaa esineeseen. Tasaisella pinnalla pysyvällä esineellä voiman on tarkalleen vastustettava painovoiman aiheuttamaa voimaa, muuten esine liikkuu Newtonin liikelakien mukaan. "Normaali" voima (N) on tämän voiman nimi.
Se toimii aina kohtisuorassa pintaan nähden. Tämä tarkoittaa, että kaltevalla pinnalla normaali voima osoittaa silti suoraan pois pinnasta, kun taas painovoima osoittaa suoraan alaspäin.
Normaali voima voidaan yksinkertaisesti kuvata useimmissa tapauksissa:
N = mg
Tässä, m edustaa esineen massaa, ja g tarkoittaa painovoimasta johtuvaa kiihtyvyyttä, joka on 9,8 metriä sekunnissa sekunnissa (m / s2) tai netwoneja kilogrammaa kohti (N / kg). Tämä yksinkertaisesti vastaa esineen "painoa".
Kaltevilla pinnoilla normaalivoiman lujuus pienenee, sitä enemmän pinta on kalteva, joten kaavasta tulee:
N = mg cos (θ)
Kanssa θ seisoo kulmasta, johon pinta on kallistettu.
Yksinkertaisen esimerkkilaskelman vuoksi ota huomioon tasainen pinta, jonka päällä on 2 kg: n puupala. Normaali voima osoittaisi suoraan ylöspäin (tukimaan kappaleen painoa), ja lasket:
N = 2 kg × 9,8 N / kg = 19,6 N
Kerroin riippuu esineestä ja tilanteesta, jossa työskentelet. Jos esine ei vielä liikku pinnan yli, käytät staattisen kitkan kerrointa μstaattinen, mutta jos se liikkuu, käytät liukukitkaiskerrointa μdia.
Liukukitkakerroin on yleensä pienempi kuin staattisen kitkan kerroin. Toisin sanoen on helpompaa liu'uttaa jotain, joka on jo liukuva kuin liu'uttaa jotain, joka on edelleen.
Tarvittavat materiaalit vaikuttavat myös kertoimeen. Esimerkiksi, jos aikaisempi puupallo oli tiilen pinnalla, kerroin olisi 0,6, mutta puhtaalle puulle se voi olla missä tahansa välillä 0,25 - 0,5. Jään jäällä staattinen kerroin on 0,1. Jälleen liukukerroin vähentää tätä vielä enemmän, 0,03 jään jäällä ja 0,2 puun puussa. Etsi nämä pintaasi käyttämällä online-taulukkoa (katso Resurssit).
Kitkavoiman kaava toteaa:
F = μN
Esimerkiksi, katso puupöytä, jonka paino on 2 kg, puupöydällä, kun se työnnetään paikallaan. Tässä tapauksessa käytät staattista kerrointa, μstaattinen = 0,25 - 0,5 puulle. ottaen μstaattinen = 0,5 maksimoidaksesi kitkan mahdolliset vaikutukset ja muistaaksesi N = 19,6 N aikaisemmasta, voima on:
F = 0,5 × 19,6 N = 9,8 N
Muista, että kitka antaa vain voiman liikkuvuuden vastustamiseen, joten jos aloitat työntää sitä kevyesti ja kiristät, kitkan voima kasvaa maksimiarvoon, joka on juuri laskettu. Fyysikot kirjoittavat joskus Fmax tämän asian selventämiseksi.
Kun lohko liikkuu, käytät μdia = 0,2, tässä tapauksessa:
Fdia = μdia N
= 0,2 × 19,6 N = 3,92 N