Hvad er statisk friktion?
Statisk friktion er en kraft, der modstår bevægelse af to genstande mod hinanden, når objekterne oprindeligt er i ro. Et simpelt eksempel er en træblok, der sidder på en rampe - en kraft skal bruges for at få blokken til at glide ned ad rampen. Et andet udtryk, kinetisk friktion, gælder for den kraft, der modsætter sig genstande, der allerede bevæger sig mod hinanden. Styrken af disse kræfter kan beregnes og er kendt som friktionskoefficienten. I virkelighedssituationer viser sig, at statisk friktionskoefficient næsten altid er større end for kinetisk, men i omhyggeligt kontrollerede eksperimenter, hvor objekternes overflader er blevet grundigt renset, er de to generelt de samme.
Når den kraft, der påføres et objekt på en overflade forøges typisk, vil den statiske friktionskraft oprindeligt øges for at matche den, så objektet ikke bevæger sig. Efter et bestemt punkt vil objektet imidlertid begynde at bevæge sig, og på dette tidspunkt falder friktionskraften, så der kræves mindre kraft for at holde objektet i bevægelse. For eksempel kan friktionskraften matche den anvendte kraft op til 50 newton - kraft måles i newton (N) - men derefter kan den falde til 40 N. Derfor kræves en kraft på lidt over 50 N for at få objektet bevæger sig, men derefter vil lidt over 40 N være tilstrækkelig.
Beregning af koefficienten
Statiske friktionskoefficienter kan beregnes for ethvert fast materiale eller par materialer. En koefficientværdi kan derfor gælde for træ på træ, stål på stål eller stål på træ. En måde at beregne værdien for et par materialer er at placere en blok af det ene materiale på en rampe lavet af det andet - for et enkelt materiale ville blokken og rampen være lavet af det samme stof. Hældningen på rampen øges gradvist, indtil blokken glider ned. Den vinkel, hvormed dette sker, kan derefter bruges til at beregne statisk friktionskoefficient.
Koefficienten, når den bruges i formler og ligninger, får symbolet μ - det græske bogstav mu. Et subscript bruges normalt til at skelne mellem de to: μs angiver statisk friktion, mens μ k betyder kinetisk friktion. For eksempel er μs for stål på stål 0,74, mens μ k for dette materiale er 0,57. Disse værdier er for typiske situationer i det virkelige liv og kan variere lidt afhængigt af omstændighederne. Da μs-værdien kan påvirkes af overfladeforstyrrelser, snavs og spor af andre stoffer, betragtes μk-værdien som mere nøjagtig og er den, der normalt gives, når der kræves en enkel friktionskoefficient.
Faktorer, der påvirker friktion
En række faktorer bidrager til statisk friktion, men som regel den vigtigste er overfladenes ruhed. Selv når de udjævnes, varierer forskellige materialer med hensyn til de fine detaljer på deres overflader. Rent praktisk er ingen overflade helt glat, men nogle vil have større uregelmæssigheder end andre. Forskellen er i nogle tilfælde indlysende: for eksempel har et silkeplade en meget glat struktur, der skaber mindre friktion, mens en tør asfaltvej er grov, hvilket skaber mere modstand mod bevægelse. Andre faktorer inkluderer elektrostatisk tiltrækning og typer af svage kemiske bindinger, der kan dannes mellem overflader.
eksempler
Mange mennesker kender statisk friktion, da de støder på den næsten dagligt; for eksempel er det på arbejde, når nogen glider en bog på tværs af et bord. Oprindeligt skal der udøves en lille mængde kraft for at få bogen til at bevæge sig, men når den først er i bevægelse, kommer kinetisk friktion ind i spillet, og der kræves mindre indsats for at flytte den. Den krævede mængde kræft kan variere afhængigt af omstændighederne. For eksempel, hvis en bog har et biblioteksomslag på og den blev fugtig, kræver den våde bog mere kraft for at bevæge sig, mens en helt ny pocketbog muligvis glider meget let over et tørt træbord med en lakeret overflade.
Tabeller over statiske og kinetiske friktionskoefficienter er tilgængelige for mange almindelige materialer og kombinationer deraf. En højere værdi indikerer større friktion, så der skal bruges mere kraft for at forårsage bevægelse. For eksempel er μs for aluminium på aluminium 1,05 - 1,35, hvilket er meget højt, mens værdien for polytetrafluoroethylen (PTFE) på PTFE er 0,04, hvilket er ekstremt lavt og gør det meget glat. Det er vanskeligt at skubbe en stoppet bil i bevægelse på grund af den forsætlige friktion mellem dækkene og jorden; dette giver føreren mere kontrol og gør bilen mindre tilbøjelig til at glide.
Beregning af bremseafstand
Et eksempel på anvendelsen af statisk friktion er beregning af brudafstanden for en bil med en given hastighed og i særlige forhold. Under normale omstændigheder, når dækkene drejer på vejen, anvendes statisk, snarere end kinetisk, friktion. Μs for et tørt dæk på en tør vej er ca. 1,00, mens værdien for et vådt dæk på en våd vej kun er 0,2 - dette betyder, at brudafstanden vil være fem gange større under våde forhold. Under tørre forhold har en bil, der kører 50 kilometer i timen (50 km / t), en bremseafstand på 10 meter (10 meter), medens bremseafstanden under våde forhold ville være 50 meter. Når dækkene glider frem for at rulle langs overfladen - som det kan være tilfældet under iskolde forhold - er det kinetisk friktion, der er vigtig.