Παράδειγμα τριβής Πρόβλημα – Βοήθεια για Εργασία Φυσικής 3

Η τριβή είναι η δύναμη αντίστασης που δημιουργείται μεταξύ δύο σωμάτων καθώς κινούνται μεταξύ τους. Είναι ανάλογη με τη δύναμη που πιέζει τα δύο σώματα μεταξύ τους. Αυτό το διάγραμμα δείχνει τις δυνάμεις που ασκούνται σε ένα μπλοκ που βρίσκεται σε μια επιφάνεια.

Το μπλοκ τραβιέται προς τα κάτω στην επιφάνεια από τη δύναμη της βαρύτητας ενώ η επιφάνεια ωθεί προς τα πίσω με μια ίση και αντίθετη δύναμη γνωστή ως κανονική δύναμη:N. Σημειώστε ότι δεν υπάρχουν οριζόντιες δυνάμεις. Εάν ασκηθεί μια οριζόντια δύναμη, όπως η ώθηση του μπλοκ προς τα δεξιά, το μπλοκ θα αρχίσει να επιταχύνει. Η εμπειρία μας λέει ότι αυτό δεν συμβαίνει πάντα. Αν προσπαθήσετε να σπρώξετε κάτι βαρύ, δεν κινείται πάντα μέχρι να πιέσετε ΣΚΛΗΡΑ αρκετά. Πρέπει να υπάρχει μια δύναμη που λειτουργεί προς την αντίθετη κατεύθυνση της ώθησης για να αντισταθεί στην κίνηση. Αυτή η δύναμη είναι η δύναμη της τριβής, F_f .

Τα πειράματα έχουν δείξει ότι το μέγεθος αυτής της δύναμης εξαρτάται από την κανονική δύναμη. Το μέγεθος της δύναμης τριβής είναι ευθέως ανάλογο με το μέγεθος της κανονικής δύναμης. Η σταθερά αναλογικότητας μεταξύ τους ονομάζεται συντελεστής τριβής, μ_f . Ο δείκτης f συνήθως παραλείπεται και δεν είναι ασυνήθιστο να δείτε μόνο το μ που παρατίθεται.

Ο συντελεστής τριβής εξαρτάται από δύο παράγοντες.
Το πρώτο εξαρτάται από τα υλικά από τα οποία είναι κατασκευασμένα τα δύο αντικείμενα. Γενικά είναι ευκολότερο να μετακινήσετε 50 κιλά πάγου σε γυάλινη επιφάνεια παρά μια πέτρα 50 κιλών στην άμμο. Κάθε δύο υλικά έχουν τους δικούς τους συντελεστές τριβής.
Ο δεύτερος παράγοντας είναι αν το μπλοκ κινείται ή όχι. Μπορεί να έχετε παρατηρήσει ότι είναι συνήθως πιο εύκολο να μετακινήσετε ένα βαρύ αντικείμενο αφού ήδη κινείται. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν δύο διαφορετικοί συντελεστές τριβής. Ένα για όταν το μπλοκ είναι ακίνητο, μ_s (στατικό) και ένα για όταν το μπλοκ αρχίζει να κινείται, μ_k (κινητική).

Ο στατικός συντελεστής χρησιμοποιείται κάθε φορά που το μπλοκ είναι ακίνητο. Καθώς η δύναμη που πιέζει το μπλοκ αυξάνεται, τελικά θα φτάσει σε ένα σημείο όπου το μπλοκ είναι στα πρόθυρα της κίνησης. Ο συντελεστής στατικής τριβής, μ_s προσδιορίζεται πειραματικά μετρώντας προσεκτικά τη δύναμη σε αυτό το σημείο. Η δύναμη τριβής που απαιτείται για να φτάσει σε αυτό το σημείο είναι F =-μ_s Ν. Το σύμβολο μείον δείχνει την κατεύθυνση της δύναμης. Οι δυνάμεις τριβής αντιτίθενται στη δύναμη που προσπαθεί να μετακινήσει το αντικείμενο και δρουν προς την αντίθετη κατεύθυνση. Οποιοδήποτε μέγεθος δύναμης μικρότερο από musN, το μπλοκ δεν θα μετακινηθεί.

Όταν το μπλοκ κινείται, χρησιμοποιείται ο συντελεστής κινητικής τριβής. Αυτή η τιμή υπολογίζεται πειραματικά μετρώντας τη δύναμη που απαιτείται για να διατηρηθεί η κίνηση του μπλοκ με σταθερή ταχύτητα. Αυτή η δύναμη θα ισούται με -μ_k Ν.

Τώρα, ας δοκιμάσουμε ένα πρόβλημα παραδείγματος τριβής.

Παράδειγμα προβλήματος:

Ένα μπλοκ βάρους 200 N ωθείται κατά μήκος μιας επιφάνειας. Εάν χρειάζονται 80 N για να κινηθεί το μπλοκ και 40 N για να διατηρηθεί η κίνηση του μπλοκ με σταθερή ταχύτητα, ποιοι είναι οι συντελεστές τριβής μ_s και μ_k ?

Λύση:

Για τον συντελεστή στατικής τριβής, χρειαζόμαστε τη δύναμη που απαιτείται για να κινηθεί το μπλοκ. Στην περίπτωση αυτή, 80 N.

Από την παραπάνω περιγραφή:

F_f =μ_s N

Το N είναι ίσο με το βάρος του μπλοκ, οπότε N =200 N. Βάλτε αυτές τις τιμές στον τύπο.

80 N =μ_s ·200 Ν
ή
μ_s =0,4

Για τον συντελεστή κινητικής τριβής, η δύναμη που απαιτείται για τη διατήρηση σταθερής ταχύτητας ήταν 40 N. Χρησιμοποιήστε τον τύπο:

F_f =μ_k Ν
40 N =μ_k ·200 Ν
μ_k =0,2

Οι δύο συντελεστές τριβής για αυτό το σύστημα είναι μ_s =0,4 και μ_k =0,2.

Υπάρχουν δύο σημαντικά πράγματα που πρέπει να θυμάστε σε προβλήματα τριβής στο σπίτι. Το πρώτο είναι ότι η κανονική δύναμη N είναι πάντα κάθετη στην επιφάνεια. Η κανονική δύναμη δεν είναι πάντα «επάνω». Το δεύτερο είναι ότι η δύναμη τριβής λειτουργεί αντίθετα προς την κατεύθυνση της κίνησης του μπλοκ. Η τριβή είναι μια αντιστατική δύναμη.