Hvad er statisk friktion?
Statisk friktion er en kraft, der modstår bevægelsen af to objekter mod hinanden, når objekterne oprindeligt er i hvile. Et simpelt eksempel er en træblok, der sidder på en rampe - en kraft skal påføres for at få blokken til at glide ned ad rampen. Et andet udtryk, kinetisk friktion, gælder for den kraft, der er imod genstande, der allerede bevæger sig mod hinanden. Styrken af disse kræfter kan beregnes og er kendt som friktionskoefficienten. I virkelighedssituationer er koefficienten for statisk friktion næsten altid vist sig at være større end for kinetisk, men i omhyggeligt kontrollerede eksperimenter, hvor overfladerne på objekterne er blevet grundigt renset, øges de to generelt den samme.
Typisk, som styrken, der er anvendt til et objekt på en overflade, øges, den statiske friktionskraft vil oprindeligt øges til at matche det, så det ikke bevæger sig. Efter et bestemt punkt begynder objektet imidlertid at bevæge sig, og på dette tidspunkt er friktionskraften medsygt fald, så der kræves mindre kraft for at holde objektet i bevægelse. For eksempel kan friktionskraften muligvis matche den påførte kraft op til 50 Newton - kraft måles i Newton (N) - men derefter er det nødvendigt at falde til 40 N. Derfor kræves en kraft på lidt over 50 N for at få objektet til at bevæge 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 på 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, hvorpå dette sker, kan derefter være osED til beregning af statisk friktionskoefficient.
Koefficienten, når den bruges i formler og ligninger, får symbolet μ - det græske bogstav mu. Et underskrift anvendes normalt til at skelne de to: μ s indikerer statisk friktion, mens μ k betyder kinetisk friktion. For eksempel er μ s for stål på stål 0,74, mens μ k for dette materiale er 0,57. Disse værdier er til typiske virkelige situationer og kan variere lidt, afhængigt af omstændighederne. Da μ s -værdien kan påvirkes af overflade uregelmæssigheder, snavs og spor af andre stoffer, kræves μ k -værdien som mere nøjagtig, og er den, der normalt gives, når der kræves en simpel friktionskoefficient.
faktorer, der påvirker friktion
En række faktorer bidrager til statisk friktion, men som regel er den vigtigste en ruhed på overfladerne. Selv når de udjævnes, er forskelligeMaterialer varierer 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 åbenlyst, i nogle tilfælde: for eksempel har et silkeark en meget glat struktur, der skaber mindre friktion, mens en tør asfaltvej er grov, hvilket genererer mere modstand mod bevægelse. Andre faktorer inkluderer elektrostatisk tiltrækning og de typer svage kemiske bindinger, der kan dannes mellem overflader.
Eksempler
Mange mennesker er bekendt med statisk friktion, da de støder på det næsten dagligt; For eksempel er det på arbejde, når nogen glider en bog på tværs af et bord. Oprindeligt skal en lille mængde kraft udøves for at få bogen til at bevæge sig, men når den først bevæger sig, kommer kinetisk friktion i spil, og der kræves mindre indsats for at flytte den. Mængden af krævet kraft kan variere afhængigt af omstændighederne. For eksempel, hvis en bog har et biblioteksdækning på det, og den blev fugtig,Våd bog kræver mere kraft til at bevæge sig, mens en helt ny paperback -bog 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 anvendes mere kraft for at forårsage bevægelse. For eksempel er μ s for aluminium på aluminium 1,05 - 1,35, hvilket er meget høj, mens værdien for polytetrafluorethylen (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 chaufføren mere kontrol og gør bilen mindre tilbøjelig til at glide.
Beregning af bremseafstand
Et eksempel på anvendelsen af statisk friktion er ved at beregne brudafstand for en bil med en given hastighed og især betingelser. I normal omstændighedNår dækkene drejer på vejen, anvender statiske, snarere end kinetisk, friktion. Μ s 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 - det betyder, at brudafstand vil være fem gange større under våde forhold. Under tørre forhold har en bil, der kører 31 miles i timen (50 km / t), en bremseafstand på 10 meter (10 meter), mens bremseafstanden under våde forhold ville være 164 fod (50 meter). Når dækkene glider snarere end at rulle langs overfladen - som det kan være tilfældet under iskolde forhold - er det kinetisk friktion, der er vigtigt.