Dynamisk eller kinetisk friktionskoefficient, exempel, övningar

De Dynamisk friktion eller kinetisk Det är den som inträffar mellan två kroppar i kontakt när ytan på en av dem rör sig med avseende på ytan på den andra. Till exempel är i en låda som glider friktionen i en lutning dynamisk och distribueras på blockets kontaktyta.

Lutningen måste vara tillräckligt stor, så att den tangentiella komponenten i vikten är lika med eller övervinner friktionskraften, annars skulle blocket som sjunker hamna.

Figur 1. Friktionskraften distribueras på blockets kontaktyta, men i kraftdiagrammet representeras det som en enda kraft F, källa: F. Zapata

Friktionskraften är av extrem betydelse i det dagliga livet, eftersom det tillåter rörelse av människor, djur och fordon. På en friktionslös yta, till exempel en glass, är det inte möjligt att starta rörelsen.

Friktion tillåter också våra bilar att sluta när de flyttar.

När du applicerar bromsarna dras bromsbeläggen mot hjulskivor och tack vare dynamisk friktion, stoppa rotationen av dem. Men det räcker inte att ha bra bromsar, det är nödvändigt att det finns tillräckligt med friktionsstyrka mellan däcken och golvet, för äntligen är detta kraften som vi är beroende av så att bilen stannar.

Mänskligheten har lärt sig att hantera friktion till sin fördel. Således började med att använda friktion mellan två bitar torrt trä för att göra eld.

Naturen har också lärt sig att hantera friktion till sin fördel. Till exempel är synovialmembranen som täcker benens ben en av ytorna med den lägsta friktionskoefficienten som finns.

[TOC]

Dynamisk friktionskoefficient

Den första som systematiskt studerade rörelsen av ett block som glider på en plan yta var Leonardo da Vinci, men hans studier gick obemärkt.

Kan tjäna dig: Dirac Jordan Atomic Model: Egenskaper och postulat

Det var inte förrän det sjuttonhundratalet som den franska fysikern Guillaume Amontons återupptäckte friktionslagarna:

Dynamiska friktionslagar

1.- Friktionskraften som finns i ett block som glider på en plan yta, motsätter sig alltid rörelsens riktning.

2.- Storleken på den dynamiska friktionskraften är proportionell mot den normala tätheten eller kraften mellan blockens ytor och stödplanet.

3.- Den proportionella konstanten är friktionskoefficienten, statisk μ_och Vid att inte ha slip och dynamisk μ_d När det finns. Friktionskoefficienten beror på ytorna på ytorna i kontakt och grovhetstillstånd.

4.- Friktionskraften är oberoende av det uppenbara kontaktområdet.

5.- När rörelsen av en yta börjar med avseende på den andra är friktionskraften konstant och beror inte på den relativa hastigheten mellan ytorna.

I fallet finns det ingen glidande, statisk friktion tillämpas vars kraft är mindre än eller lika med den statiska friktionskoefficienten multiplicerad med det normala.

figur 2. Den dynamiska friktionskraften motsätter sig rörelsens riktning och dess storlek är proportionell mot den för normal kraft. Proportionalitetskonstanten är den dynamiska friktionskoefficienten. Källa: f. Zapata.

Den sista egenskapen var resultatet av bidraget från den franska fysikern Charles Augustin i Coulomb, bättre känd för sin berömda kraftlag mellan specifika elektriska avgifter.

Dessa observationer leder oss till den matematiska modellen för dynamisk friktionskraft F:

F = μ_d N

Där μ_d Det är den dynamiska friktionskoefficienten och N är den normala kraften.

Hur man bestämmer den dynamiska friktionskoefficienten?

Den dynamiska friktionskoefficienten mellan två ytor bestäms experimentellt. Dess värde beror inte bara på materialen på båda ytorna, utan på tillståndet av grovhet eller polering som de har, liksom dess renlighet.

Kan tjäna dig: mekaniska vågor: egenskaper, egenskaper, formler, typer

Ett sätt att bestämma det är att öka och skjuta en känd låda på en horisontell yta.

Om hastigheten är känd vid tidpunkten för att man körs och avståndet från den tiden mäts är det möjligt att känna till bromsaccelerationen på grund av dynamisk friktion.

Experimentera 

I detta experiment mäts den initiala hastigheten v och avståndet d, Så bromsaccelerationen är:

A = - v² / 2d

Kraftsdiagrammet visas i figur 2. Viktens storlek är massan m för blocket multiplicerat med accelerationen av tyngdkraften g, och som är känt pekar vikten alltid vertikalt ner.

N Det är den normala kraften på grund av att stödytan stöder och är alltid vinkelrätt (eller normal) till planet. Normal existerar medan ytorna är i kontakt och upphör så snart ytorna är separerade.

Kraften F representerar den dynamiska friktionskraften. Det är faktiskt fördelat på blockets nedre yta, men vi kan representera det som en enda kraft F appliceras i mitten av blocket.

Eftersom det finns vertikal balans, storleken på det normala N Det är lika med vikten mg:

N = mg

I horisontell riktning producerar friktionskraften retardationen av massblocket M enligt Newtons andra lag:

-F = m a

Friktionskraften F Pekar till vänster, så dess horisontella komponent är negativ, M är massan på blocket och A är bromsaccelerationen.

Hade tidigare fått A = - v² / 2d Och även den dynamiska friktionsmodellen indikerar att:

F = μd n

Ersätta i den tidigare ekvationen du har:

-μ_d N = - v² / 2d

Med hänsyn till att n = mg kan du redan rensa den dynamiska friktionskoefficienten: 

Kan tjäna dig: Schrödinger Atomic Model

μ_d = v² / (2d mg)

Rocy -koefficientbord med vissa material

Följande tabell visar de statiska och dynamiska friktionskoefficienterna för olika material. Det bör noteras att den statiska friktionskoefficienten systematiskt är alltid större än den dynamiska friktionskoefficienten.

Figur 3. Statiska och dynamiska friktionskoefficienter för flera ytor i kontakt. Källa: Serway R.TILL. Fysisk. McGraw-Hill (1992)

Övningar

- Övning 1

Ett 2 kg degblock på ett horisontellt golv främjas och det släpps ut. Vid tidpunkten för släppningen registreras en hastighet på 1,5 m/s. Från det ögonblicket tills blocket stannar vid dynamisk friktion 3 m. Bestäm den kinetiska friktionskoefficienten.

Lösning

Enligt den formel som erhållits i exemplet i föregående avsnitt är det dynamisk (eller kinetisk) koefficient är:

μ_d = v² / (2d mg) = 1.52 / (2x3x2 x9.8) = 0,019.

- Övning 2

Att veta att blocket i figur 1 går ner med konstant hastighet, att blockets massa är 1 kg och att lutningen av planet är 30º, bestämmer:

a) Värdet på den dynamiska friktionen

b) den dynamiska friktionskoefficienten mellan blocket och planet.

Lösning

I figur 4 visas rörelsekvationen (andra lagen i Newton) för problemet med ett block som går ner en lutning med friktionskoefficient μ_d  och a -lutning (se kraftdiagram i figur 1)

Figur 4. Newtons andra lag tillämpas på blocket som glider i en sluttning med friktion. Källa: f. Zapata.

I vår övning får vi höra att blocket sjunker med konstant hastighet, därför går ner med acceleration a = 0. Därifrån följer det att friktionskraften är sådan att den är lika med den tangentiella komponenten i vikten: f = mg sen (α).

I vårt fall M = 1 kg och α = 30º så att friktionskraften f har ett värde på 4,9N.

Å andra sidan är den normala kraften n densamma och i motsats till den vinkelräta komponenten i vikten: n = mg cos (α) = 8.48N .

Därifrån följer det att den dynamiska friktionskoefficienten är:

μ_d = F / n = 4,9N / 8.48N = 0,57

Referenser

1. Alonso m., Finn e. 1970. Fysisk. Volym I. Mekanik. Inter -American Education Fund S.TILL.
2. Bauer, w. 2011. Fysik för teknik och vetenskap. Volym 1. MC Graw Hill.
3. Hewitt, s. 2012. Konceptuell fysisk vetenskap. Femte upplagan.
4. Rex, a. 2011. Fysikens grunder. Pearson. 
5. Serway R. 1992. Fysisk. McGraw-hill.
6. Ung, h. 2015. Universitetsfysik med modern fysik. 14: e upplagan. Pearson.