Ang puwersa ng friction ay isang pisikal na dami na pumipigil sa anumang paggalaw ng katawan. Ito ay nangyayari, bilang isang panuntunan, kapag ang mga katawan ay gumagalaw sa solid, likido at gas na bagay. Ang iba't ibang uri ng friction forces ay may mahalagang papel sa buhay ng tao, dahil pinipigilan ng mga ito ang labis na pagtaas ng bilis ng mga katawan.
Pag-uuri ng mga puwersa ng friction
Sa pangkalahatang kaso, ang lahat ng uri ng friction forces ay inilalarawan ng tatlong uri: ang friction force ng sliding, rolling at rest. Ang una ay static, ang iba pang dalawa ay dynamic. Pinipigilan ng friction sa pagpapahinga ang katawan mula sa pagsisimulang gumalaw, sa turn, kapag dumudulas, ang friction ay umiiral kapag ang katawan ay kumakas sa ibabaw ng isa pang katawan sa panahon ng paggalaw nito. Ang rolling friction ay nangyayari kapag ang isang bilog na bagay ay gumagalaw. Kumuha tayo ng isang halimbawa. Ang isang kapansin-pansing halimbawa ng uri (rolling friction force) ay ang paggalaw ng mga gulong ng kotse sa asp alto.
Ang katangian ng friction forces ay ang pagkakaroon ng microscopic imperfections sa pagitan ng mga rubbing surface ng dalawang katawan. Para sa kadahilanang ito, ang nagresultang puwersa na kumikilos saisang bagay na gumagalaw o nagsisimulang gumalaw, ay binubuo ng kabuuan ng puwersa ng normal na reaksyon ng suportang N, na nakadirekta patayo sa ibabaw ng mga katawan na nakikipag-ugnay, at ng friction force F. Ang huli ay nakadirekta parallel sa contact surface at kabaligtaran ng paggalaw ng katawan.
Pagkikiskisan sa pagitan ng dalawang solid
Kapag isinasaalang-alang ang isyu ng iba't ibang uri ng friction forces, ang mga sumusunod na pattern ay naobserbahan para sa dalawang solid body:
- Ang friction force ay nakadirekta parallel sa support surface.
- Ang koepisyent ng friction ay nakadepende sa likas na katangian ng mga ibabaw na nakikipag-ugnayan, gayundin sa kanilang kondisyon.
- Ang maximum na frictional force ay nasa direktang proporsyon sa normal na puwersa o suportang reaksyon na kumikilos sa pagitan ng mga contact surface.
- Para sa parehong katawan, mas malaki ang friction force bago magsimulang gumalaw ang katawan at pagkatapos ay bababa kapag nagsimula nang gumalaw ang katawan.
- Ang coefficient ng friction ay hindi nakadepende sa contact area, at halos hindi ito nakadepende sa sliding speed.
Mga Batas
Pagbubuod sa eksperimentong materyal sa mga batas ng paggalaw, naitatag namin ang mga sumusunod na pangunahing batas tungkol sa friction:
- Ang paglaban sa pag-slide sa pagitan ng dalawang katawan ay proporsyonal sa normal na puwersa na kumikilos sa pagitan nila.
- Ang paglaban sa paggalaw sa pagitan ng mga rubbing body ay hindi nakadepende sa contact area sa pagitan nila.
Upang ipakita ang pangalawang batas, maaari naming ibigay ang sumusunod na halimbawa: kung kukuha ka ng isang bloke at ililipat ito sa pamamagitan ng pag-slide sa ibabaw, kung gayon ang kinakailangang puwersa para sa naturang paggalawmagiging pareho kapag ang bloke ay nasa ibabaw na may mahabang gilid, at kapag nakatayo ito sa dulo nito.
Ang mga batas tungkol sa iba't ibang uri ng friction forces sa physics ay natuklasan sa pagtatapos ng ika-15 siglo ni Leonard da Vinci. Pagkatapos ay nakalimutan sila ng mahabang panahon, at noong 1699 lamang sila ay muling natuklasan ng inhinyero ng Pransya na si Amonton. Simula noon, ang mga batas ng friction ay nagdala sa kanyang pangalan.
Bakit mas malaki ang friction force kaysa sa pag-slide kapag napahinga?
Kapag isinasaalang-alang ang ilang uri ng friction forces (rest at sliding), dapat tandaan na ang static friction force ay palaging mas mababa o katumbas ng produkto ng static friction coefficient at ang reaction force ng suporta. Ang koepisyent ng friction ay tinutukoy nang eksperimental para sa mga rubbing material na ito at inilagay sa mga naaangkop na talahanayan.
Dynamic na puwersa ay kinakalkula sa parehong paraan tulad ng static na puwersa. Sa kasong ito lamang, ang koepisyent ng friction ay partikular na ginagamit para sa pag-slide. Ang friction coefficient ay karaniwang tinutukoy ng letrang Griyego na Μ (mu). Kaya, ang pangkalahatang formula para sa parehong pwersa ng friction ay: Ftr=ΜN, kung saan ang N ay ang support reaction force.
Ang katangian ng pagkakaiba sa pagitan ng mga ganitong uri ng friction forces ay hindi pa tiyak na naitatag. Gayunpaman, ang karamihan sa mga siyentipiko ay naniniwala na ang static friction force ay mas malaki kaysa sa para sa pag-slide, dahil kapag ang mga katawan ay nakapahinga na may kaugnayan sa isa't isa sa loob ng ilang panahon, ang mga ionic bond o microfusion ng mga indibidwal na punto ng mga ibabaw ay maaaring mabuo sa pagitan ng kanilang mga ibabaw. Ang mga salik na ito ay nagdudulot ng pagtaas sa staticindicator.
Ang isang halimbawa ng ilang uri ng friction force at ang kanilang manifestation ay ang piston sa cylinder ng isang makina ng kotse, na "soldered" sa cylinder kung ang makina ay hindi tumatakbo nang mahabang panahon.
Pahalang na sliding body
Kunin natin ang equation ng paggalaw para sa isang katawan na, sa ilalim ng pagkilos ng panlabas na puwersa Fsa, ay nagsisimulang gumalaw sa ibabaw sa pamamagitan ng pag-slide. Sa kasong ito, ang mga sumusunod na puwersa ay kumikilos sa katawan:
- Fv – panlabas na puwersa;
- Ftr – puwersa ng friction na kabaligtaran sa direksyon ng puwersa Fv;
- N ay ang puwersa ng reaksyon ng suporta, na katumbas ng ganap na halaga sa bigat ng katawan P at nakadirekta sa ibabaw, iyon ay, sa tamang anggulo dito.
Ang
Isinasaalang-alang ang mga direksyon ng lahat ng pwersa, isinusulat namin ang pangalawang batas ni Newton para sa kasong ito ng paggalaw: Fv - Ftr=ma, kung saan m - mass ng katawan, a - acceleration ng paggalaw. Alam na Ftr=ΜN, N=P=mg, kung saan ang g ay ang free fall acceleration, nakukuha natin ang: Fv – Μmg=ma. Kung saan, ang pagpapahayag ng acceleration kung saan gumagalaw ang sliding body, nakukuha natin ang: a=F sa / m – Μg.
Paggalaw ng matigas na katawan sa isang likido
Kapag isasaalang-alang kung anong mga uri ng friction force ang umiiral, dapat banggitin ang isang mahalagang phenomenon sa physics, na siyang paglalarawan kung paano gumagalaw ang isang solidong katawan sa isang likido. Sa kasong ito, pinag-uusapan natin ang tungkol sa aerodynamic friction, na tinutukoy depende sa bilis ng katawan sa likido. Mayroong dalawang uri ng paggalaw:
- Kailanang isang matibay na katawan ay gumagalaw sa mababang bilis, ang isa ay nagsasalita ng laminar motion. Ang friction force sa laminar motion ay proporsyonal sa velocity. Ang isang halimbawa ay ang batas ng Stokes para sa mga spherical na katawan.
- Kapag ang paggalaw ng isang katawan sa isang likido ay nangyari sa mas mataas na bilis kaysa sa isang tiyak na halaga ng threshold, pagkatapos ay ang mga puyo ng tubig mula sa mga daloy ng likido ay magsisimulang lumitaw sa paligid ng katawan. Ang mga vortex na ito ay lumilikha ng karagdagang puwersa na humahadlang sa paggalaw, at bilang resulta, ang friction force ay proporsyonal sa parisukat ng bilis.
Nature ng rolling friction force
Kapag pinag-uusapan ang mga uri ng friction forces, kaugalian na tawagin ang rolling friction force na pangatlong uri. Ito ay nagpapakita ng sarili kapag ang isang katawan ay gumulong sa isang tiyak na ibabaw at pagpapapangit ng katawan na ito at ang ibabaw mismo ay nangyayari. Iyon ay, sa kaso ng isang ganap na non-deformable na katawan at ibabaw, walang punto sa pag-uusap tungkol sa puwersa ng rolling friction. Tingnan natin nang maigi.
Ang konsepto ng rolling friction coefficient ay katulad ng sa pag-slide. Dahil walang madulas sa pagitan ng mga ibabaw ng mga katawan habang gumulong, ang koepisyent ng rolling friction ay mas mababa kaysa sa pag-slide.
Ang pangunahing salik na nakakaapekto sa coefficient ay ang hysteresis ng mekanikal na enerhiya para sa uri ng rolling friction force. Sa partikular, ang gulong, depende sa materyal na kung saan ito ginawa, pati na rin sa pagkarga na dinadala nito, ay elastically deformed sa panahon ng paggalaw. Ang mga paulit-ulit na cycle ng elastic deformation ay humahantong sa paglipat ng bahagi ng mekanikal na enerhiya sa thermal energy. Bilang karagdagan, dahil sapinsala, ang contact ng gulong at ang surface ay mayroon nang ilang limitadong contact area.
rolling friction force formula
Kung ilalapat natin ang expression para sa sandali ng puwersa na umiikot sa gulong, maaari nating makuha na ang rolling friction force ay Ftr.k.=Μ k N / R, dito N ang reaksyon ng suporta, R ang radius ng gulong, Μк – rolling friction coefficient. Kaya, ang rolling friction force ay inversely proportional sa radius, na nagpapaliwanag ng bentahe ng malalaking gulong kaysa sa maliliit.
Ang baligtad na proporsyonalidad ng puwersang ito sa radius ng gulong ay nagmumungkahi na sa kaso ng dalawang gulong na magkaibang radii na may parehong masa at gawa sa parehong materyal, ang gulong na may mas malaking radius ay mas madaling gumalaw.
Rolling ratio
Alinsunod sa formula para sa ganitong uri ng friction force, nakuha namin na ang coefficient ng rolling friction Μk ay may dimensyon ng haba. Ito ay higit sa lahat ay nakasalalay sa likas na katangian ng mga nakikipag-ugnay na katawan. Ang halaga, na tinutukoy ng ratio ng rolling friction coefficient sa radius, ay tinatawag na rolling coefficient, iyon ay, Ck=Μk Ang / R ay isang walang sukat na dami.
Ang rolling coefficient Ck ay makabuluhang mas mababa kaysa sa coefficient ng sliding friction Μtr. Samakatuwid, kapag sinasagot ang tanong kung aling uri ng friction force ang pinakamaliit, maaari nating ligtas na tawagan ang rolling friction force. Salamat sa katotohanang ito, ang pag-imbento ng gulong ay itinuturing na isang mahalagang hakbang sa pag-unlad ng teknolohiya.sangkatauhan.
Ang rolling ratio ay partikular sa system at depende sa mga sumusunod na salik:
- tigas ng gulong at ibabaw (mas maliit ang deformation ng mga katawan na nangyayari habang gumagalaw, mas mababa ang rolling coefficient);
- radius ng gulong;
- timbang na kumikilos sa gulong;
- contact surface area at ang hugis nito;
- lagkit sa lugar ng contact sa pagitan ng gulong at ibabaw;
- temperatura ng katawan
