Fænomenet friktion i menneskers liv spiller både en positiv og en negativ rolle. På den ene side, uden dens tilstedeværelse, ville bevægelse være umulig, på den anden side opstår der store tab af energi og arbejdsmaterialer på grund af friktion. I artiklen vil vi ud fra et fysisk synspunkt overveje, hvad friktion er, samt hvordan man finder friktionskoefficienten.
Friktionsfænomen
Friktion er et kontaktfænomen, der opstår i kontaktzonen mellem forskellige kroppe, og som modvirker enhver af deres indbyrdes bevægelser.
I mekanikken for bevægelse af faste stoffer skelnes der mellem tre typer friktion:
- agerer i hvile;
- agerer, mens overfladerne glider hen over hinanden;
- forårsaget af rullende kroppe.
Hvilefriktion opstår, når vi påfører en ekstern tangentiel kraft på en overflade på et legeme for at flytte det. Et slående eksempel på glidende friktion er glidning af ski på sne. Til sidst friktion under rulningviser sig, når køretøjets hjul ruller på vejen.
Formel til bestemmelse af friktionskraften
I fysik er de anførte friktionstyper beskrevet med den samme formel, når de virkende kræfter beregnes. Denne formel ser sådan ud:
Ft=µN.
Friktionskraften Ft er lig med produktet af friktionskoefficienten µ og støttereaktionen N. Når man betragter den tilsvarende type friktion, er kun værdien af koefficienten µ, som er en dimensionsløs størrelse, ændres.
I tilfælde af statiske og glidende friktionskræfter er værdien af µ omkring tiendedele af en enhed. µ afhænger af kontaktmaterialerne, af deres overfladeruhed og afhænger ikke af kontaktarealet eller glidehastigheden.
For rullefriktion afhænger koefficienten µ (den betegnes norm alt CR) af rullelegemets elasticitetskarakteristika, af dets hårdhed, af rulleradius og nogle andre faktorer. For de fleste materialer er denne rullende faktor i hundrededele og tusindedele af enhed.
Da der er mange faktorer, der påvirker værdien af µ, er der ingen bestemt matematisk formel til dens beregning. Ved at besvare spørgsmålet om, hvordan man finder friktionskoefficienten, skal det siges, at den måles eksperimentelt.
Bestemmelse af koefficienten µ
I dette afsnit vil vi overveje to måder til praktisk bestemmelse af værdien af µ ved at bruge eksemplet med glide- og hvilefriktion.
Den første måde at besvare spørgsmålet om, hvordan man finder friktionskoefficienten,består i at placere en stang på et vandret plan, hvortil et dynamometer er fastgjort. Baren og flyet er lavet af de undersøgte materialer, for eksempel glas og træ. Ved at flytte stangen jævnt og holde dynamometeret, kan du bestemme glidekraften Ft. Når man kender stangens masse m, beregnes koefficienten µ som følger:
µ=Ft / (mg).
Den anden metode er praktisk til at bestemme µ for statisk friktion. For at gøre dette skal du placere en stang på et vandret plan. Derefter skal den ene ende af flyet langsomt hæves og vippe det i en vis vinkel i forhold til horisonten. Ved en vis vinkel θ vil stangen begynde at glide af overfladen. Ved at måle denne vinkel kan friktionskoefficienten µ bestemmes ud fra ligningen:
µ=tg(θ).
Måling af µ for rullende friktion involverer brug af en mere sofistikeret opsætning kaldet et skråtstillet pendul. Beregningen af µ i dette tilfælde udføres ved at studere bevægelsesdynamikkens ligninger.
