Alle elever ved, at når der er kontakt mellem to faste overflader, opstår den såkaldte friktionskraft. Lad os i denne artikel overveje, hvad det er, med fokus på anvendelsespunktet for friktionskraften.
Hvilke slags friktionskraft er der?
Før man overvejer anvendelsespunktet for friktionskraften, er det nødvendigt kort at huske, hvilke typer friktion der findes i naturen og teknologien.
Lad os begynde at overveje statisk friktion. Denne type karakteriserer tilstanden af et fast legeme i hvile på en eller anden overflade. Friktionen af hvile forhindrer enhver forskydning af kroppen fra dens hviletilstand. På grund af netop denne krafts virkning er det f.eks. svært for os at flytte et skab stående på gulvet.
Glidende friktion er en anden form for friktion. Det viser sig i tilfælde af kontakt mellem to overflader, der glider på hinanden. Glidende friktion modarbejder bevægelse (retningen af friktionskraften er modsat kroppens hastighed). Et slående eksempel på dens handling er en skiløber eller skater, der glider på is på sne.
Endelig ruller den tredje type friktion. Det eksisterer altid, når en krop ruller på overfladen af en anden. For eksempel er rulning af et hjul eller lejer gode eksempler, hvor rullefriktion er vigtig.
De to første af de beskrevne typer opstår på grund af ruhed på gnidningsoverflader. Den tredje type opstår på grund af deformationshysterese af det rullende legeme.
Punkter for glide- og hvilefriktionskræfter
Det blev sagt ovenfor, at den statiske friktion forhindrer den ydre virkende kraft, som har tendens til at flytte objektet langs kontaktfladen. Det betyder, at retningen af friktionskraften er modsat retningen af den ydre kraft parallelt med overfladen. Påføringspunktet for den betragtede friktionskraft er i kontaktområdet mellem to overflader.
Det er vigtigt at forstå, at den statiske friktionskraft ikke er en konstant værdi. Den har en maksimumværdi, som beregnes ved hjælp af følgende formel:
Ft=µtN.
Denne maksimale værdi vises dog kun, når kroppen starter sin bevægelse. I alle andre tilfælde er den statiske friktionskraft nøjagtigt lig i absolut værdi med den parallelle overflade af den ydre kraft.
Hvad angår anvendelsespunktet for kraften fra glidende friktion, adskiller det sig ikke fra det for statisk friktion. Når vi taler om forskellen mellem statisk og glidende friktion, skal den absolutte betydning af disse kræfter bemærkes. Således er kraften af glidende friktion for et givet materialepar en konstant værdi. Derudover er den altid mindre end den maksimale kraft af statisk friktion.
Som du kan se, falder anvendelsespunktet for friktionskræfter ikke sammen med kroppens tyngdepunkt. Dette betyder, at de kræfter, der tages i betragtning, skaber et øjeblik, der har tendens til at vælte det glidende legeme fremad. Sidstnævnte kan observeres, når cyklisten bremser hårdt med forhjulet.
Rullende friktion og dens anvendelsespunkt
Da den fysiske årsag til den rullende friktion er forskellig fra den for de typer friktion, der er beskrevet ovenfor, har anvendelsespunktet for den rullende friktionskraft en lidt anderledes karakter.
Antag, at bilens hjul er på fortovet. Det er tydeligt, at dette hjul er deformeret. Arealet af dets kontakt med asf alt er lig med 2dl, hvor l er bredden af hjulet, 2d er længden af den laterale kontakt mellem hjulet og asf alten. Kraften af rullende friktion, i sin fysiske essens, manifesterer sig i form af et reaktionsmoment af støtten rettet mod rotationen af hjulet. Dette øjeblik beregnes som følger:
M=Nd
Hvis vi dividerer det og gange det med radius af hjulet R, får vi:
M=Nd/RR=FtR hvor Ft=Nd/R
Den rullende friktionskraft Ft er således faktisk støttens reaktion, der skaber et kraftmoment, der har en tendens til at bremse hjulets rotation.
Påføringspunktet for denne kraft er rettet lodret opad i forhold til overfladen af flyet og flyttes til højre fra massecentrum med d (forudsat at hjulet bevæger sig fra venstre mod højre).
Eksempel på problemløsning
HandlingFriktionskraft af enhver art har en tendens til at bremse den mekaniske bevægelse af kroppe, samtidig med at deres kinetiske energi omdannes til varme. Lad os løse følgende problem:
bar glider på en skrå overflade. Det er nødvendigt at beregne accelerationen af dens bevægelse, hvis det er kendt, at koefficienten for glidning er 0,35, og overfladens hældningsvinkel er 35o.
Lad os overveje, hvilke kræfter der virker på stangen. Først er tyngdekraftskomponenten rettet nedad langs glidefladen. Det er lig med:
F=mgsin(α)
For det andet virker en konstant friktionskraft opad langs planet, som er rettet mod kroppens accelerationsvektor. Det kan bestemmes af formlen:
Ft=µtN=µtmgcos (α)
Så vil Newtons lov for en stang, der bevæger sig med acceleration a, have formen:
ma=mgsin(α) - µtmgcos(α)=>
a=gsin(α) - µtgcos(α)
Når dataene erstattes med lighed, får vi, at a=2,81 m/s2. Bemærk, at den fundne acceleration ikke afhænger af stangens masse.
