Hva er statisk friksjon?
Statisk friksjon er en kraft som motstår bevegelsen av to gjenstander mot hverandre når gjenstandene i utgangspunktet er i ro. Et enkelt eksempel er en trekloss som sitter på en rampe - en kraft må påføres for å få blokken til å gli nedover rampen. Et annet begrep, kinetisk friksjon, gjelder kraften som motarbeider gjenstander som allerede beveger seg mot hverandre. Styrken til disse kreftene kan beregnes og er kjent som friksjonskoeffisienten. I virkelige situasjoner er koeffisienten for statisk friksjon nesten alltid funnet å være større enn for kinetisk, men i nøye kontrollerte eksperimenter, der overflaten til gjenstandene er grundig rengjort, er de to generelt de samme.
Når kraften som påføres et objekt på en overflate øker, vil den statiske friksjonskraften vanligvis øke for å samsvare med den, slik at gjenstanden ikke beveger seg. Etter et visst punkt vil imidlertid gjenstanden begynne å bevege seg, og på dette tidspunktet vil friksjonskraften falle, slik at det kreves mindre kraft for å holde gjenstanden i bevegelse. For eksempel kan friksjonskraften samsvare med den påførte kraften opp til 50 newton - kraft måles i newton (N) - men deretter kan den falle til 40 N. Derfor kreves det en styrke på litt over 50 N for å få gjenstanden beveger seg, men deretter vil litt over 40 N være nok.
Beregning av koeffisienten
Statiske friksjonskoeffisienter kan beregnes for hvilket som helst fast materiale eller par av materialer. En koeffisientverdi kan derfor gjelde tre på tre, stål på stål eller stål på tre. En måte å beregne verdien for et par materialer er å plassere en blokk av det ene materialet på en rampe laget av det andre - for et enkelt materiale ville blokken og rampen være laget av samme stoff. Hellinga på rampen økes gradvis, til blokken glir ned. Vinkelen som dette skjer med, kan da brukes til å beregne statisk friksjonskoeffisient.
Koeffisienten, når den brukes i formler og ligninger, er gitt symbolet μ - den greske bokstaven mu. Et underskrift brukes vanligvis for å skille de to: μs indikerer statisk friksjon, mens μ k betyr kinetisk friksjon. For eksempel er μs for stål på stål 0,74, mens μ k for dette materialet er 0,57. Disse verdiene er for typiske virkelighetssituasjoner, og kan variere litt, avhengig av omstendighetene. Siden μs-verdien kan påvirkes av overflateuregelmessigheter, smuss og spor av andre stoffer, blir μk-verdien ansett som mer nøyaktig, og er den som vanligvis er gitt når det kreves en enkel friksjonskoeffisient.
Faktorer som påvirker friksjonen
En rekke faktorer bidrar til statisk friksjon, men vanligvis er den viktigste overflatenes ruhet. Selv når de jevnes ut, vil forskjellige materialer variere når det gjelder de fine detaljene på overflatene. Rent praktisk er ingen overflate helt glatt, men noen vil ha større uregelmessigheter enn andre. Forskjellen er åpenbar, i noen tilfeller: for eksempel har et silkeark en veldig jevn struktur som skaper mindre friksjon, mens en tørr asfaltvei er grov, noe som gir mer motstand mot bevegelse. Andre faktorer inkluderer elektrostatisk tiltrekning og typer svake kjemiske bindinger som kan dannes mellom overflater.
eksempler
Mange mennesker er kjent med statisk friksjon, siden de møter den på nesten daglig basis; for eksempel er det på jobb når noen skyver en bok over et bord. Til å begynne med må en liten mengde kraft utøves for å få boken til å bevege seg, men når den først er i bevegelse, kommer kinetisk friksjon inn i spillet, og mindre krefter vil kreves for å flytte den. Mengden kraft som kreves kan variere avhengig av omstendighetene. Hvis en bok for eksempel har et bibliotekomslag og den ble fuktig, vil den våte boka kreve mer kraft for å bevege seg, mens en helt ny pocketbok kan gli veldig lett over et tørt trebord med en lakkert overflate.
Tabeller over statiske og kinetiske friksjonskoeffisienter er tilgjengelige for mange vanlige materialer og kombinasjoner derav. En høyere verdi indikerer større friksjon, slik at mer kraft må brukes for å forårsake bevegelse. For eksempel er μs for aluminium på aluminium 1,05 - 1,35, noe som er veldig høyt, mens verdien for polytetrafluoroetylen (PTFE) på PTFE er 0,04, noe som er ekstremt lavt og gjør det veldig glatt. Det er vanskelig å skyve en stoppet bil i bevegelse på grunn av den forsettlige friksjonen mellom dekkene og bakken; Dette gir føreren mer kontroll og gjør at bilen er mindre tilbøyelig til å skli.
Beregner bremseavstand
Et eksempel på anvendelse av statisk friksjon er å beregne bruddavstanden for en bil med en gitt hastighet og i spesielle forhold. Under normale omstendigheter, når dekkene dreier på veien, gjelder statisk, heller enn kinetisk, friksjon. Μs for et tørt dekk på en tørr vei er omtrent 1,00, mens verdien for et vått dekk på en våt vei bare er 0,2 - dette betyr at bruddavstanden vil være fem ganger større under våte forhold. Under tørre forhold har en bil som kjører 50 kilometer per time (50 km / t) en bremseavstand på 10 meter, mens bremseavstanden under våte forhold ville være 50 meter. Når dekkene glir, snarere enn å rulle, langs overflaten - som det kan være tilfelle under isete forhold - er det kinetisk friksjon som er viktig.