Sisältö
Suurin osa ihmisistä ymmärtää kitkaa intuitiivisella tavalla. Kun yrität työntää esinettä pintaa pitkin, esineen ja pinnan välinen kosketus vastustaa työntöäsi tiettyyn työntövoimaan asti. Kitkavoiman laskeminen matemaattisesti sisältää yleensä ”kitkakertoimen”, joka kuvaa, kuinka paljon kaksi erityistä materiaalia “tarttuvat yhteen” liikkeen vastustamiseksi, ja jotain, jota kutsutaan “normaaliksi voimaksi”, joka liittyy esineen massaan. Mutta jos et tiedä kitkakerrointa, kuinka treenaat voiman? Voit saavuttaa tämän joko etsimällä vakiotulosta verkosta tai suorittamalla pienen kokeen.
Kitkavoiman löytäminen kokeellisesti
Käytä kyseistä esinettä ja pientä pinta-alaa, jolla voit liikkua vapaasti asettaaksesi kaltevan rampin. Jos et voi käyttää koko pintaa tai koko esinettä, käytä vain pala jotain samasta materiaalista valmistettua. Esimerkiksi, jos pintana on laattalattia, voit luoda rampin yhdellä laatalla. Jos sinulla on esineenä puinen kaappi, käytä toista, pienempää puusta tehtyä esinettä (mieluiten puun viimeistelyä varten). Mitä lähempänä pääset todelliseen tilanteeseen, sitä tarkempi laskelmasi on.
Varmista, että voit säätää rampin kaltevuutta niputtamalla sarjan kirjoja tai jotain vastaavaa, jotta voit tehdä pieniä säätöjä sen maksimikorkeuteen.
Mitä taipuvampi pinta, sitä enemmän painovoimasta johtuva voima toimii vetämään sitä alas rampista. Kitkavoima toimii tätä vastaan, mutta jossain vaiheessa painovoimasta johtuva voima voittaa sen. Tämä kertoo näiden materiaalien suurimman kitkavoiman, ja fyysikot kuvaavat tätä staattisen kitkakertoimen avulla (μstaattinen). Kokeilun avulla voit löytää arvon tälle.
Aseta esine pinnan päälle matalaan kulmaan, joka ei aiheuta sen liukumista ramppia alas. Lisää asteittain rampin kaltevuutta lisäämällä kirjoja tai muita ohuita esineitä pinoasi ja löydä jyrkein kaltevuus, johon voit pitää sitä ilman, että esine liikkuu. Sinun on vaikea saada täysin tarkka vastaus, mutta paras arviosi on riittävän lähellä laskelman todellista arvoa. Mittaa rampin korkeus ja rampin pohjan pituus, kun se on tässä kaltevuudessa. Käsittelet luiskaa pääasiassa suorakulmaisen kolmion muodostamiseksi lattian kanssa ja mittaat kolmion pituuden ja korkeuden.
Tilanteen matematiikka sujuu siististi, ja osoittautuu, että kaltevuuskulman tangentti kertoo kertoimen arvon. Niin:
μstaattinen = rusketus (θ)
Tai koska tan = vastapäätä / vierekkäin = pohjan pituus / korkeus, lasketaan:
μstaattinen = rusketus (pohjan pituus / rampin korkeus)
Suorita tämä laskelma löytääksesi kertoimen arvo tietylle tilanteellesi.
vinkkejä
F = μstaattinen N
Missä "N”Tarkoittaa normaalia voimaa. Tasaiselle pinnalle tämän arvo on yhtä suuri kuin esineen paino, joten voit käyttää:
F = μstaattinen mg
Tässä, m on esineen massa ja g on painovoimasta johtuva kiihtyvyys (9,8 m / s2).
Esimerkiksi kivipinnalla olevan puun kitkakerroin on μstaattinen = 0,3, joten käyttämällä tätä arvoa 10 kilogramman (kg) puukaapissa kivipinnalla:
F = μstaattinen mg
= 0,3 × 10 kg × 9,8 m / s2
= 29,4 newtonia
Kitkavoiman löytäminen ilman kokeilua
Katso verkosta löytääksesi kitkakerroin kahden aineesi välillä. Esimerkiksi autorenkaan asfaltilla on kerroin μstaattinen = 0,72, puulla jäällä on μstaattinen = 0,05 ja puu tiilellä on μstaattinen = 0,6. Etsi tilannearvo (mukaan lukien liukukerroin, jos et laske laskurin kitkaa paikallaan) ja tee siitä muistiinpano.
Seuraava yhtälö kertoo kitkavoiman voimakkuuden (staattisella kitkakertoimella):
F = μstaattinen N
Jos pinta on tasainen ja yhdensuuntainen maan kanssa, voit käyttää:
F = μstaattinen mg
Jos sitä ei ole, normaali voima on heikompi. Selvitä tässä tapauksessa kaltevuuskulma θ, ja laske:
F = cos (θ) μstaattinen mg
Esimerkiksi käyttämällä 1 kg jääpalaa puussa, kallistettuna 30 °: seen, ja muistamalla se g = 9,8 m / s2, tämä antaa:
F = cos (θ) μstaattinen mg
= cos (30 °) × 0,05 × 1 kg × 9,8 m / s2
= 0,424 newtonia