Sa isang espesyal na seksyon ng pisika - dynamics, kapag pinag-aaralan nila ang paggalaw ng mga katawan, isinasaalang-alang nila ang mga puwersang kumikilos sa gumagalaw na sistema. Ang huli ay maaaring magsagawa ng parehong positibo at negatibong gawain. Isaalang-alang sa artikulong ito kung ano ang gawain ng friction force at kung paano ito kinakalkula.
Ang konsepto ng trabaho sa physics
Sa pisika, ang konsepto ng "trabaho" ay iba sa karaniwang ideya ng salitang ito. Ang trabaho ay nauunawaan bilang isang pisikal na dami, na katumbas ng scalar product ng force vector at ang displacement vector ng katawan. Ipagpalagay na mayroong ilang bagay kung saan kumikilos ang puwersa F¯. Dahil walang ibang pwersa ang kumikilos dito, ang displacement vector nito l¯ ay magkakasabay sa direksyon ng vector F¯. Ang scalar product ng mga vector na ito sa kasong ito ay tumutugma sa produkto ng kanilang mga module, iyon ay:
A=(F¯l¯)=Fl.
Ang halaga A ay ang gawaing ginawa ng puwersa F¯ upang ilipat ang bagay sa isang distansya l. Isinasaalang-alang ang mga sukat ng mga halaga ng F at l, nalaman namin na ang gawain ay sinusukat sa mga newton bawat metro (Nm) sa sistema ng SI. Gayunpaman, ang yunitAng Nm ay may sariling pangalan - ito ay isang joule. Nangangahulugan ito na ang konsepto ng trabaho ay kapareho ng konsepto ng enerhiya. Sa madaling salita, kung ang puwersa ng 1 newton ay gumagalaw sa isang katawan ng 1 metro, ang katumbas na halaga ng enerhiya ay 1 joule.
Ano ang puwersa ng friction?
Ang pag-aaral sa tanong ng gawain ng friction force ay posible kung alam mo kung anong uri ng puwersa ang pinag-uusapan natin. Ang friction sa physics ay isang proseso na pumipigil sa anumang paggalaw ng isang katawan sa ibabaw ng isa pa kapag ang mga surface na ito ay dinala sa contact.
Kung isasaalang-alang lamang natin ang mga solidong katawan, mayroong tatlong uri ng friction para sa kanila:
- pahinga;
- slip;
- rolling.
Ang mga puwersang ito ay kumikilos sa pagitan ng mga nakakadikit na ibabaw at palaging nakadirekta laban sa paggalaw ng mga katawan.
Pinipigilan ng resting friction ang paggalaw mismo, ang sliding friction ay nagpapakita ng sarili sa proseso ng paggalaw, kapag ang mga ibabaw ng katawan ay dumudulas sa isa't isa, at umiral na friction ang umiiral sa pagitan ng katawan na gumulong sa ibabaw at mismong ibabaw.
Ang isang halimbawa ng pagkilos ng static friction ay isang kotse na naka-handbrake sa gilid ng burol. Ang sliding friction ay nagpapakita ng sarili kapag ang isang skier ay gumagalaw sa snow o isang skater na gumagalaw sa yelo. Sa wakas, kumikilos ang rolling friction habang gumagalaw ang gulong ng kotse sa kalsada.
Ang mga puwersa para sa lahat ng tatlong uri ng friction ay kinakalkula gamit ang sumusunod na formula:
Ft=µtN.
Narito ang N ay ang support reaction force, µt ay ang friction coefficient. Puwersa Nay nagpapakita ng magnitude ng epekto ng suporta sa katawan patayo sa eroplano ng ibabaw. Para naman sa parameter na µt, ito ay sinusukat nang eksperimental para sa bawat pares ng mga rubbing materials, halimbawa, wood-wood, steel-snow, at iba pa. Ang mga sinusukat na resulta ay kinokolekta sa mga espesyal na talahanayan.
Para sa bawat friction force, ang coefficient µt ay may sariling halaga para sa napiling pares ng mga materyales. Kaya, ang koepisyent ng static friction ay mas malaki kaysa sa sliding friction ng ilang sampu-sampung porsyento. Sa turn, ang rolling coefficient ay 1-2 orders of magnitude na mas mababa kaysa sa sliding.
Trabaho ng friction forces
Ngayon, sa pagiging pamilyar sa mga konsepto ng trabaho at sa mga uri ng friction, maaari kang direktang pumunta sa paksa ng artikulo. Isaalang-alang natin sa pagkakasunud-sunod ang lahat ng uri ng friction forces at alamin kung anong trabaho ang ginagawa ng mga ito.
Magsimula tayo sa static friction. Ang ganitong uri ay nagpapakita ng sarili kapag ang katawan ay hindi gumagalaw. Dahil walang paggalaw, ang displacement vector nito ay katumbas ng zero. Nangangahulugan ang huli na ang gawain ng static friction force ay katumbas din ng zero.
Sliding friction, ayon sa kahulugan, ay kumikilos lamang kapag ang katawan ay gumagalaw sa kalawakan. Dahil ang puwersa ng ganitong uri ng alitan ay palaging nakadirekta laban sa paggalaw ng katawan, nangangahulugan ito na ito ay gumagawa ng negatibong gawain. Maaaring kalkulahin ang halaga ng A gamit ang formula:
A=-Ftl=-µtNl.
Ang gawain ng sliding friction force ay naglalayong pabagalin ang paggalaw ng katawan. Bilang resulta ng gawaing ito, ang mekanikal na enerhiya ng katawan ay na-convert sa init.
Rolling friction, tulad ng sliding, ay kinabibilangan din ng paggalaw ng katawan. Ang puwersa ng rolling friction ay gumagawa ng negatibong trabaho, na nagpapabagal sa paunang pag-ikot ng katawan. Dahil pinag-uusapan natin ang tungkol sa pag-ikot ng katawan, maginhawa upang kalkulahin ang halaga ng gawain ng puwersang ito sa pamamagitan ng gawain ng momentum nito. Ang katumbas na formula ay isinusulat bilang:
A=-Mθ kung saan M=FtR.
Narito ang θ ay ang anggulo ng pag-ikot ng katawan bilang resulta ng pag-ikot, R ay ang distansya mula sa ibabaw hanggang sa axis ng pag-ikot (wheel radius).
Problema sa sliding friction force
Alam na ang isang bloke na gawa sa kahoy ay nasa gilid ng isang hilig na kahoy na eroplano. Ang eroplano ay nakahilig sa abot-tanaw sa isang anggulo na 40o. Alam na ang koepisyent ng sliding friction ay 0.4, ang haba ng eroplano ay 1 metro, at ang mass ng bar ay tumutugma sa 0.5 kg, ito ay kinakailangan upang mahanap ang trabaho ng sliding friction.
Kalkulahin ang puwersa ng sliding friction. Ito ay katumbas ng:
Ft=mgcos(α)µt=0.59.81cos(40 o)0, 4=1.5 N.
Kung gayon ang katumbas na gawaing A ay:
A=-Ftl=-1.51=-1.5 J.
Problema sa rolling friction
Nabatid na ang gulong ay gumulong sa kalsada nang may kalayuan at huminto. Ang diameter ng gulong ay 45 cm Ang bilang ng mga rebolusyon ng gulong bago huminto ay 100. Isinasaalang-alang ang rolling coefficient na katumbas ng 0.03, kinakailangan upang mahanap kung ano ang katumbas ng gawain ng rolling friction force. Ang bigat ng gulong ay 5 kg.
Una, kalkulahin natin ang rolling friction moment:
M=FtR=µtmgD/2=0.0359, 81 0, 45/2=0, 331 Nm.
Kung ang bilang ng mga pag-ikot na ginawa ng gulong ay pinarami ng 2pi radians, makukuha natin ang anggulo ng pag-ikot ng gulong θ. Kung gayon ang formula para sa trabaho ay:
A=-Mθ=-M2pin.
Nasaan n ang bilang ng mga rebolusyon. Ang pagpapalit ng sandaling M at ang numero n mula sa kundisyon, makuha namin ang kinakailangang gawain: A=- 207.87 J.
