Elke leerling weet dat wanneer er contact is tussen twee vaste oppervlakken, de zogenaamde wrijvingskracht ontstaat. Laten we in dit artikel eens kijken wat het is, met de nadruk op het aangrijpingspunt van de wrijvingskracht.
Welke soorten wrijvingskracht zijn er?
Alvorens het aangrijpingspunt van de wrijvingskracht in overweging te nemen, is het noodzakelijk om kort te herinneren welke soorten wrijving er in de natuur en technologie bestaan.
Laten we eens kijken naar statische wrijving. Dit type kenmerkt de toestand van een vast lichaam in rust op een oppervlak. De wrijving van rust verhindert elke verplaatsing van het lichaam uit zijn rusttoestand. Door de werking van deze kracht is het bijvoorbeeld moeilijk voor ons om een kast die op de grond staat te verplaatsen.
Glijdende wrijving is een ander soort wrijving. Het manifesteert zich in het geval van contact tussen twee oppervlakken die over elkaar glijden. Glijdende wrijving is tegen beweging (de richting van de wrijvingskracht is tegengesteld aan de snelheid van het lichaam). Een treffend voorbeeld van zijn actie is een skiër of schaatser die op ijs op sneeuw glijdt.
Ten slotte is het derde type wrijving het rollen. Het bestaat altijd wanneer het ene lichaam op het oppervlak van het andere rolt. Het rollen van een wiel of lagers zijn bijvoorbeeld uitstekende voorbeelden waarbij rolwrijving belangrijk is.
De eerste twee van de beschreven typen ontstaan door ruwheid op wrijvende oppervlakken. Het derde type ontstaat door de vervormingshysterese van het rollende lichaam.
Aangrijpingspunten van schuif- en rustwrijvingskrachten
Er werd hierboven gezegd dat de statische wrijving de externe werkende kracht verhindert, die de neiging heeft om het object langs het contactoppervlak te verplaatsen. Dit betekent dat de richting van de wrijvingskracht tegengesteld is aan de richting van de externe kracht evenwijdig aan het oppervlak. Het aangrijpingspunt van de beschouwde wrijvingskracht ligt in het contactgebied tussen twee oppervlakken.
Het is belangrijk om te begrijpen dat de statische wrijvingskracht geen constante waarde is. Het heeft een maximale waarde, die wordt berekend met de volgende formule:
Ft=µtN.
Deze maximale waarde verschijnt echter alleen wanneer het lichaam begint te bewegen. In elk ander geval is de statische wrijvingskracht exact gelijk in absolute waarde aan het parallelle oppervlak van de externe kracht.
Wat betreft het aangrijpingspunt van de kracht van glijdende wrijving, dit verschilt niet van dat van statische wrijving. Over het verschil tussen statische en glijdende wrijving gesproken, de absolute betekenis van deze krachten moet worden opgemerkt. Dus de kracht van glijdende wrijving voor een bepaald paar materialen is een constante waarde. Bovendien is het altijd minder dan de maximale kracht van statische wrijving.
Zoals je kunt zien, v alt het aangrijpingspunt van wrijvingskrachten niet samen met het zwaartepunt van het lichaam. Dit betekent dat de beschouwde krachten een moment creëren dat de neiging heeft om het glijdende lichaam naar voren te kantelen. Dit laatste kan worden waargenomen wanneer de fietser hard remt met het voorwiel.
Rolling wrijving en het aangrijpingspunt
Omdat de fysieke oorzaak van de rolwrijving anders is dan die voor de soorten wrijving die hierboven zijn besproken, heeft het aangrijpingspunt van de rollende wrijvingskracht een iets ander karakter.
Stel dat het stuur van de auto op de stoep staat. Het is duidelijk dat dit wiel vervormd is. Het contactoppervlak met asf alt is gelijk aan 2dl, waarbij l de breedte van het wiel is, 2d de lengte van het zijdelingse contact van het wiel en het asf alt. De kracht van rollende wrijving, in zijn fysieke essentie, manifesteert zich in de vorm van een reactiemoment van de steun gericht tegen de rotatie van het wiel. Dit moment wordt als volgt berekend:
M=Nd
Als we het delen en vermenigvuldigen met de straal van het wiel R, dan krijgen we:
M=Nd/RR=FtR waarbij Ft=Nd/R
De rollende wrijvingskracht Ft is dus eigenlijk de reactie van de steun, waardoor een krachtmoment ontstaat dat de rotatie van het wiel vertraagt.
Het aangrijpingspunt van deze kracht is verticaal naar boven gericht ten opzichte van het oppervlak van het vlak en wordt met d naar rechts verschoven vanuit het zwaartepunt (ervan uitgaande dat het wiel van links naar rechts beweegt).
Voorbeeld van probleemoplossing
Actiewrijvingskracht van welke aard dan ook heeft de neiging om de mechanische beweging van lichamen te vertragen, terwijl hun kinetische energie wordt omgezet in warmte. Laten we het volgende probleem oplossen:
bar schuift op een hellend oppervlak. Het is noodzakelijk om de versnelling van zijn beweging te berekenen als bekend is dat de glijdende coëfficiënt 0,35 is en de hellingshoek van het oppervlak 35o.
Laten we eens kijken welke krachten op de balk werken. Eerst wordt de zwaartekrachtcomponent langs het glijoppervlak naar beneden gericht. Het is gelijk aan:
F=mgsin(α)
Ten tweede werkt er een constante wrijvingskracht naar boven langs het vlak, die is gericht tegen de versnellingsvector van het lichaam. Het kan worden bepaald door de formule:
Ft=µtN=µtmgcos (α)
Dan zal de wet van Newton voor een staaf die beweegt met versnelling a de vorm aannemen:
ma=mgsin(α) - µtmgcos(α)=>
a=gsin(α) - µtgcos(α)
Als we de gegevens vervangen door gelijkheid, krijgen we dat a=2,81 m/s2. Merk op dat de gevonden versnelling niet afhangt van de massa van de staaf.
