Η τριβή είναι η φυσική διαδικασία χωρίς την οποία δεν θα μπορούσε να υπάρξει η ίδια η κίνηση στον κόσμο μας. Στη φυσική, για τον υπολογισμό της απόλυτης τιμής της δύναμης τριβής, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε έναν ειδικό συντελεστή για τις υπό εξέταση επιφάνειες τριβής. Πώς να βρείτε τον συντελεστή τριβής; Αυτό το άρθρο θα απαντήσει σε αυτήν την ερώτηση.
Τριβή στη φυσική
Πριν απαντήσετε στην ερώτηση πώς να βρείτε τον συντελεστή τριβής, είναι απαραίτητο να εξετάσετε τι είναι η τριβή και ποια δύναμη χαρακτηρίζεται.
Στη φυσική, υπάρχουν τρεις τύποι αυτής της διαδικασίας που συμβαίνει μεταξύ στερεών αντικειμένων. Αυτή είναι η τριβή της ανάπαυσης, της ολίσθησης και της κύλισης. Η τριβή εμφανίζεται πάντα όταν μια εξωτερική δύναμη προσπαθεί να μετακινήσει ένα αντικείμενο. Η τριβή ολίσθησης, όπως υποδηλώνει το όνομα, συμβαίνει όταν μια επιφάνεια ολισθαίνει πάνω από μια άλλη. Τέλος, η τριβή κύλισης συμβαίνει όταν ένα στρογγυλό αντικείμενο (τροχός, μπάλα) κυλά σε κάποια επιφάνεια.
Αυτό που έχουν όλοι οι τύποι κοινό είναι το γεγονός ότι αποτρέπουν οποιονδήποτεκίνηση και το σημείο εφαρμογής των δυνάμεών τους είναι στην περιοχή επαφής μεταξύ των επιφανειών δύο αντικειμένων. Επίσης, όλοι αυτοί οι τύποι μετατρέπουν τη μηχανική ενέργεια σε θερμότητα.
Οι δυνάμεις της ολίσθησης και της στατικής τριβής προκαλούνται από τη μικροσκοπική τραχύτητα σε επιφάνειες που τρίβονται. Επιπλέον, αυτοί οι τύποι οφείλονται σε δίπολο-δίπολο και σε άλλους τύπους αλληλεπιδράσεων μεταξύ ατόμων και μορίων που σχηματίζουν σώματα τριβής.
Η αιτία της τριβής κύλισης σχετίζεται με την υστέρηση της ελαστικής παραμόρφωσης που εμφανίζεται στο σημείο επαφής μεταξύ του κυλιόμενου αντικειμένου και της επιφάνειας.
Δύναμη τριβής και συντελεστής τριβής
Και οι τρεις τύποι στερεών δυνάμεων τριβής περιγράφονται από εκφράσεις που έχουν την ίδια μορφή. Εδώ είναι:
Ft=μtN.
Εδώ N είναι η δύναμη που ενεργεί κάθετα στην επιφάνεια του σώματος. Ονομάζεται αντίδραση υποστήριξης. Η τιμή μt- ονομάζεται συντελεστής του αντίστοιχου τύπου τριβής.
Οι συντελεστές τριβής ολίσθησης και ηρεμίας είναι αδιάστατες ποσότητες. Αυτό μπορεί να γίνει κατανοητό εξετάζοντας την ισότητα της δύναμης τριβής και του συντελεστή τριβής. Η αριστερή πλευρά της εξίσωσης εκφράζεται σε νιούτον, η δεξιά πλευρά εκφράζεται επίσης σε νιούτον, αφού το Ν είναι δύναμη.
Όσον αφορά την τριβή κύλισης, ο συντελεστής για αυτήν θα είναι επίσης μια αδιάστατη τιμή, ωστόσο, ορίζεται ως ο λόγος του γραμμικού χαρακτηριστικού της ελαστικής παραμόρφωσης προς την ακτίνα του κυλιόμενου αντικειμένου.
Θα πρέπει να ειπωθεί ότι οι τυπικές τιμές των συντελεστών τριβής ολίσθησης και ηρεμίας είναι δέκατα της μονάδας. Για τριβήκυλιόμενος, αυτός ο συντελεστής αντιστοιχεί σε εκατοστά και χιλιοστά της μονάδας.
Πώς να βρείτε τον συντελεστή τριβής;
Ο συντελεστής μtεξαρτάται από έναν αριθμό παραγόντων που είναι δύσκολο να ληφθούν υπόψη μαθηματικά. Παραθέτουμε μερικά από αυτά:
- υλικό επιφανειών τριβής;
- ποιότητα επιφάνειας;
- η παρουσία βρωμιάς, νερού και ούτω καθεξής;
- θερμοκρασίες επιφάνειας.
Ως εκ τούτου, δεν υπάρχει τύπος για μt και πρέπει να μετρηθεί πειραματικά. Για να κατανοήσετε πώς να βρείτε τον συντελεστή τριβής, θα πρέπει να εκφραστεί από τον τύπο για το Ft. Έχουμε:
µt =Ft/N.
Αποδεικνύεται ότι για να γνωρίζετε μt είναι απαραίτητο να βρείτε τη δύναμη τριβής και την αντίδραση υποστήριξης.
Το αντίστοιχο πείραμα εκτελείται ως εξής:
- Πάρτε ένα σώμα και ένα αεροπλάνο, για παράδειγμα, από ξύλο.
- Προσκολλήστε το δυναμόμετρο στο σώμα και μετακινήστε το ομοιόμορφα στην επιφάνεια.
Ταυτόχρονα, το δυναμόμετρο δείχνει κάποια δύναμη, η οποία είναι ίση με Ft. Η αντίδραση εδάφους είναι ίση με το βάρος του σώματος σε μια οριζόντια επιφάνεια.
Η περιγραφόμενη μέθοδος σάς επιτρέπει να κατανοήσετε ποιος είναι ο συντελεστής στατικής και ολισθαίνουσας τριβής. Ομοίως, μπορείτε να προσδιορίσετε πειραματικά μtrolling.
Μια άλλη πειραματική μέθοδος για τον προσδιορισμό του μt δίνεται με τη μορφή προβλήματος στην επόμενη παράγραφο.
Πρόβλημα υπολογισμού μt
Η ξύλινη δοκός βρίσκεται στη γυάλινη επιφάνεια. Με την ομαλή κλίση της επιφάνειας, διαπιστώσαμε ότι η ολίσθηση της δοκού αρχίζει με γωνία κλίσης 15o. Ποιος είναι ο συντελεστής στατικής τριβής για ένα ζεύγος ξύλου-γυαλιού;
Όταν η δοκός βρισκόταν σε κεκλιμένο επίπεδο στο 15o, τότε η υπόλοιπη δύναμη τριβής γι' αυτήν είχε μέγιστη τιμή. Είναι ίσο με:
Ft=mgsin(α).
Η δύναμη N προσδιορίζεται από τον τύπο:
N=mgcos(α).
Εφαρμόζοντας τον τύπο για μt, παίρνουμε:
µt=Ft/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).
Αντικαθιστώντας τη γωνία α, καταλήγουμε στην απάντηση: μt=0, 27.
