Het fenomeen wrijving in het menselijk leven speelt zowel een positieve als een negatieve rol. Enerzijds zou beweging zonder zijn aanwezigheid onmogelijk zijn, anderzijds treden er door wrijving enorme verliezen aan energie en werkstoffen op. In het artikel zullen we vanuit het oogpunt van de natuurkunde bekijken wat wrijving is, en ook hoe we de wrijvingscoëfficiënt kunnen vinden.
Wrijvingsverschijnsel
Wrijving is een contactfenomeen dat optreedt in de contactzone tussen verschillende lichamen, en dat hun onderlinge beweging tegengaat.
In de bewegingsmechanica van vaste stoffen worden drie soorten wrijving onderscheiden:
- in rust handelen;
- handelen terwijl je oppervlakken over elkaar schuift;
- veroorzaakt door rollende lichamen.
Wrijving in rust treedt op wanneer we een externe tangentiële kracht uitoefenen op een oppervlak op een lichaam om het te verplaatsen. Een treffend voorbeeld van glijdende wrijving is het glijden van ski's op sneeuw. Tot slot, wrijving tijdens het rollenmanifesteert zich wanneer het wiel van het voertuig over de weg rolt.
Formule voor het bepalen van de wrijvingskracht
In de natuurkunde worden de vermelde soorten wrijving beschreven door dezelfde formule bij het berekenen van de werkende krachten. Deze formule ziet er als volgt uit:
Ft=µN.
De wrijvingskracht Ft is gelijk aan het product van de wrijvingscoëfficiënt µ en de steunreactie N. Bij het beschouwen van het corresponderende type wrijving, is alleen de waarde van de coëfficiënt µ, wat een dimensieloze hoeveelheid is, verandert.
In het geval van statische en glijdende wrijvingskrachten is de waarde van µ ongeveer tienden van een eenheid. µ hangt af van de materialen die in contact komen, van hun oppervlakteruwheid, en is niet afhankelijk van het contactoppervlak of de glijsnelheid.
Voor rolwrijving hangt de coëfficiënt µ (deze wordt gewoonlijk aangeduid met CR) af van de elasticiteitskenmerken van het rollichaam, van zijn hardheid, van de rolstraal en andere factoren. Voor de meeste materialen is deze rolfactor in honderdsten en duizendsten van eenheden.
Omdat er veel factoren zijn die de waarde van µ beïnvloeden, is er geen definitieve wiskundige formule voor de berekening ervan. Om de vraag te beantwoorden hoe de wrijvingscoëfficiënt kan worden gevonden, moet worden gezegd dat deze experimenteel wordt gemeten.
Bepaling van de coëfficiënt µ
In deze paragraaf zullen we twee manieren bekijken om de waarde van µ in de praktijk te bepalen met behulp van het voorbeeld van glijdende en rustende wrijving.
De eerste manier om de vraag te beantwoorden hoe de wrijvingscoëfficiënt te vinden,bestaat uit het plaatsen van een staaf op een horizontaal vlak, waaraan een dynamometer is bevestigd. De bar en het vliegtuig zijn gemaakt van het onderzochte materiaalpaar, bijvoorbeeld glas en hout. Door de staaf gelijkmatig te bewegen, terwijl u de rollenbank vasthoudt, kunt u de schuifkracht Ft bepalen. Als we de massa m van de staaf kennen, wordt de coëfficiënt µ als volgt berekend:
µ=Ft / (mg).
De tweede methode is handig voor het bepalen van µ voor statische wrijving. Om dit te doen, moet u een balk op een horizontaal vlak plaatsen. Vervolgens moet het ene uiteinde van het vliegtuig langzaam worden opgetild en onder een bepaalde hoek ten opzichte van de horizon worden gekanteld. Onder een bepaalde hoek θ begint de staaf van het oppervlak te glijden. Door deze hoek te meten, kan de wrijvingscoëfficiënt µ worden bepaald uit de vergelijking:
µ=tg(θ).
Het meten van µ voor rolwrijving omvat het gebruik van een meer geavanceerde opstelling die een hellende slinger wordt genoemd. De berekening van µ wordt in dit geval uitgevoerd door de vergelijkingen van bewegingsdynamica te bestuderen.
