Wat is statische wrijving?

Statische wrijving is een kracht die de beweging van twee objecten tegen elkaar weerstaat wanneer de objecten aanvankelijk in rust zijn. Een eenvoudig voorbeeld is een houten blok dat op een helling zit - er moet een kracht worden uitgeoefend om het blok de helling af te laten glijden. Een andere term, kinetische wrijving, is van toepassing op de kracht die zich verzet tegen objecten die al tegen elkaar bewegen. De sterkte van deze krachten kan worden berekend en staat bekend als de wrijvingscoëfficiënt. In praktijksituaties blijkt de statische wrijvingscoëfficiënt bijna altijd groter te zijn dan die voor kinetische, maar in zorgvuldig gecontroleerde experimenten, waarbij de oppervlakken van de objecten grondig zijn gereinigd, zijn de twee over het algemeen hetzelfde.

Gewoonlijk zal, naarmate de kracht die op een voorwerp op een oppervlak wordt uitgeoefend toeneemt, aanvankelijk de statische wrijvingskracht toenemen om overeen te komen, zodat het voorwerp niet beweegt. Na een bepaald punt zal het object echter beginnen te bewegen, en op dit punt zal de wrijvingskracht dalen, zodat minder kracht nodig is om het object in beweging te houden. De wrijvingskracht kan bijvoorbeeld overeenkomen met de uitgeoefende kracht tot 50 newton - kracht wordt gemeten in newton (N) - maar daarna kan deze dalen tot 40 N. Daarom is een kracht van iets meer dan 50 N vereist om het object te krijgen bewegen, maar daarna volstaat iets meer dan 40 N.

Berekening van de coëfficiënt

Statische wrijvingscoëfficiënten kunnen worden berekend voor elk vast materiaal of elk paar materialen. Een coëfficiëntwaarde kan daarom van toepassing zijn op hout op hout, staal op staal of staal op hout. Een manier om de waarde voor een paar materialen te berekenen, is door een blok van het ene materiaal op een helling van de andere te plaatsen - voor een enkel materiaal zouden het blok en de helling van dezelfde stof zijn gemaakt. De helling op de helling wordt geleidelijk verhoogd, totdat het blok naar beneden glijdt. De hoek waaronder dit gebeurt, kan vervolgens worden gebruikt om de statische wrijvingscoëfficiënt te berekenen.

De coëfficiënt, wanneer gebruikt in formules en vergelijkingen, krijgt het symbool μ - de Griekse letter mu. Meestal wordt een subscript gebruikt om de twee te onderscheiden: μs geeft statische wrijving aan, terwijl μk kinetische wrijving betekent. De μs voor staal op staal is bijvoorbeeld 0,74, terwijl de μk voor dit materiaal 0,57 is. Deze waarden zijn voor typische praktijksituaties en kunnen enigszins variëren, afhankelijk van de omstandigheden. Omdat de μs-waarde kan worden beïnvloed door oppervlakte-onregelmatigheden, vuil en sporen van andere stoffen, wordt de μk-waarde als nauwkeuriger beschouwd en wordt deze meestal gegeven wanneer een eenvoudige wrijvingscoëfficiënt vereist is.

Factoren die wrijving beïnvloeden

Een aantal factoren draagt ​​bij aan statische wrijving, maar meestal is de belangrijkste de ruwheid van de oppervlakken. Zelfs wanneer ze worden gladgemaakt, zullen verschillende materialen variëren in termen van de fijne details van hun oppervlakken. In de praktijk is geen enkel oppervlak volledig glad, maar sommige zullen grotere onregelmatigheden hebben dan andere. In sommige gevallen is het verschil duidelijk: een zijden doek heeft bijvoorbeeld een zeer gladde textuur die minder wrijving creëert, terwijl een droge asfaltweg grof is en meer weerstand tegen beweging genereert. Andere factoren zijn onder meer elektrostatische aantrekkingskracht en de soorten zwakke chemische bindingen die zich tussen oppervlakken kunnen vormen.

Voorbeelden

Veel mensen zijn bekend met statische wrijving, omdat ze het bijna dagelijks tegenkomen; het is bijvoorbeeld aan het werk wanneer iemand een boek over een tafel schuift. Aanvankelijk moet een kleine hoeveelheid kracht worden uitgeoefend om het boek in beweging te krijgen, maar als het eenmaal beweegt, komt kinetische wrijving in het spel en is minder inspanning vereist om het te verplaatsen. De benodigde hoeveelheid kracht kan variëren afhankelijk van de omstandigheden. Als een boek bijvoorbeeld een bibliotheekomslag bevat en vochtig wordt, vereist het natte boek meer kracht om te bewegen, terwijl een gloednieuw pocketboek heel gemakkelijk over een droge houten tafel met een gevernist oppervlak kan schuiven.

Tabellen van statische en kinetische wrijvingscoëfficiënten zijn beschikbaar voor veel gebruikelijke materialen en combinaties daarvan. Een hogere waarde duidt op grotere wrijving, zodat meer kracht moet worden uitgeoefend om beweging te veroorzaken. De μs voor aluminium op aluminium is bijvoorbeeld 1,05 - 1,35, wat erg hoog is, terwijl de waarde voor polytetrafluorethyleen (PTFE) op PTFE 0,04 is, wat extreem laag is en het erg glad maakt. Het is moeilijk om een ​​stilstaande auto in beweging te duwen vanwege de opzettelijke wrijving tussen de banden en de grond; dit geeft de bestuurder meer controle en maakt het minder waarschijnlijk dat de auto slipt.

Remafstand berekenen

Een voorbeeld van de toepassing van statische wrijving is het berekenen van de breekafstand voor een auto met een gegeven snelheid en in bepaalde omstandigheden. In normale omstandigheden, wanneer de banden op de weg draaien, is statische in plaats van kinetische wrijving van toepassing. De μs voor een droge band op een droge weg is ongeveer 1,00, terwijl de waarde voor een natte band op een natte weg slechts 0,2 is - dit betekent dat de remafstand vijf keer groter zal zijn in natte omstandigheden. In droge omstandigheden heeft een auto met een snelheid van 31 mijl per uur (50 km / u) een remweg van 33 voet (10 meter), terwijl in natte omstandigheden de remafstand 164 voet (50 meter) zou zijn. Wanneer de banden glijden in plaats van te rollen over het oppervlak - zoals het geval kan zijn in ijzige omstandigheden - is kinetische wrijving belangrijk.