Vad är statisk friktion?
Statisk friktion är en kraft som motstår rörelse av två föremål mot varandra när föremålen ursprungligen är i vila. Ett enkelt exempel är ett träkloss som sitter på en ramp - en kraft måste appliceras för att blocket ska glida ner rampen. En annan term, kinetisk friktion, gäller den kraft som motsätter sig föremål som redan rör sig mot varandra. Styrken hos dessa krafter kan beräknas och kallas friktionskoefficienten. I verkliga situationer konstateras att statisk friktionskoefficient nästan alltid är större än för kinetisk, men i noggrant kontrollerade experiment, där ytorna på föremålen har rengjorts noggrant, är de två i allmänhet desamma.
När kraften som appliceras på ett objekt på en yta ökar vanligtvis kommer den statiska friktionskraften först att öka för att matcha den, så att objektet inte rör sig. Efter en viss punkt kommer emellertid objektet att börja röra sig, och vid denna punkt kommer friktionskraften att falla, så att mindre kraft krävs för att hålla objektet i rörelse. Exempelvis kan friktionskraften matcha den applicerade kraften upp till 50 newton - kraft mäts i newton (N) - men därefter kan den sjunka till 40 N. Därför krävs en kraft på drygt 50 N för att få föremålet rörelse, men därefter räcker drygt 40 N.
Beräkning av koefficienten
Statiska friktionskoefficienter kan beräknas för alla fasta material eller materialpar. Ett koefficientvärde kan därför gälla trä på trä, stål på stål eller stål på trä. Ett sätt att beräkna värdet för ett materialpar är att placera ett block av ett material på en ramp som är gjord av det andra - för ett enda material skulle blocket och rampen vara tillverkat av samma ämne. Lutningen på rampen ökar gradvis tills blocket glider ner. Vinkeln vid vilken detta händer kan sedan användas för att beräkna statisk friktionskoefficient.
Koefficienten, när den används i formler och ekvationer, ges symbolen μ - den grekiska bokstaven mu. Ett subskript används vanligtvis för att skilja de två: μs indikerar statisk friktion, medan μ k betyder kinetisk friktion. Till exempel är μs för stål på stål 0,74, medan μ k för detta material är 0,57. Dessa värden är för typiska situationer i verkligheten och kan variera lite beroende på omständigheterna. Eftersom μs-värdet kan påverkas av ytoregulariteter, smuts och spår av andra ämnen, betraktas μ k- värdet som mer exakt och är det som vanligtvis ges när en enkel friktionskoefficient krävs.
Faktorer som påverkar friktion
Ett antal faktorer bidrar till statisk friktion, men vanligtvis är den ytters yta ruheten. Även när de jämnas ut, kommer olika material att variera med avseende på de fina detaljerna på deras ytor. I praktiska termer är ingen yta helt slät, men vissa kommer att ha större oegentligheter än andra. Skillnaden är uppenbar, i vissa fall: till exempel har en silkeskiva en mycket jämn struktur som skapar mindre friktion, medan en torr asfaltväg är grov, vilket ger mer motstånd mot rörelse. Andra faktorer inkluderar elektrostatisk attraktion och de typer av svaga kemiska bindningar som kan bildas mellan ytorna.
exempel
Många känner till statisk friktion, eftersom de möter den på nästan daglig basis; till exempel är det på jobbet när någon glider en bok över ett bord. Inledningsvis måste en liten mängd kraft utövas för att få boken att röra sig, men när den rör sig kommer kinetisk friktion att spela och mindre ansträngning krävs för att flytta den. Mängden kraft som krävs kan variera beroende på omständigheterna. Till exempel, om en bok har ett bibliotekskydd på sig och den blev fuktig, kommer den våta boken att kräva mer kraft för att röra sig, medan en helt ny pocketbok kan glida mycket lätt över ett torrt träbord med en lackerad yta.
Tabeller över statiska och kinetiska friktionskoefficienter är tillgängliga för många vanliga material och kombinationer därav. Ett högre värde indikerar större friktion, så att mer kraft måste appliceras för att orsaka rörelse. Exempelvis är μs för aluminium på aluminium 1,05 - 1,35, vilket är mycket högt, medan värdet för polytetrafluoroeten (PTFE) på PTFE är 0,04, vilket är extremt lågt och gör det mycket halt. Det är svårt att driva en stoppad bil i rörelse på grund av den avsiktliga friktionen mellan däcken och marken. detta gör det möjligt för föraren att få mer kontroll och gör att bilen är mindre benägna att rida.
Beräknar bromssträcka
Ett exempel på tillämpning av statisk friktion är att beräkna brottsträckan för en bil med en given hastighet och i speciella förhållanden. Under normala omständigheter, när däcken vänder på vägen, gäller statisk, snarare än kinetisk, friktion. Μs för ett torrt däck på en torr väg är cirka 1,00, medan värdet för ett vått däck på en våt väg är bara 0,2 - det innebär att brytavståndet blir fem gånger större under våta förhållanden. Vid torra förhållanden har en bil som kör 50 miles per timme (50 km / h) ett bromsavstånd på 33 fot (10 meter), medan under våta förhållanden skulle bromsavståndet vara 164 fot (50 meter). När däcken glider, snarare än rullande, längs ytan - vilket kan vara fallet under isiga förhållanden - är det kinetisk friktion som är viktig.