Hoe de wrijvingscoëfficiënt te vinden: experimentele methoden

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-02 17:53

Wrijving is het fysieke proces zonder welke de beweging in onze wereld niet zou kunnen bestaan. In de natuurkunde is het, om de absolute waarde van de wrijvingskracht te berekenen, noodzakelijk om een speciale coëfficiënt te kennen voor de wrijvingsoppervlakken in kwestie. Hoe de wrijvingscoëfficiënt te vinden? Dit artikel zal deze vraag beantwoorden.

Wrijving in de natuurkunde

Alvorens de vraag te beantwoorden hoe de wrijvingscoëfficiënt te vinden, is het noodzakelijk om te overwegen wat wrijving is en door welke kracht deze wordt gekenmerkt.

In de natuurkunde zijn er drie soorten van dit proces dat plaatsvindt tussen vaste objecten. Dit is de wrijving van rusten, glijden en rollen. Wrijving treedt altijd op wanneer een externe kracht een object probeert te verplaatsen. Glijdende wrijving, zoals de naam al doet vermoeden, treedt op wanneer een oppervlak over een ander glijdt. Ten slotte treedt rollende wrijving op wanneer een rond voorwerp (wiel, bal) op een oppervlak rolt.

Wat alle soorten gemeen hebben, is het feit dat ze iemand tegenhoudenbeweging en het aangrijpingspunt van hun krachten bevindt zich in het contactgebied tussen de oppervlakken van twee objecten. Ook zetten al deze typen mechanische energie om in warmte.

De krachten van glijden en statische wrijving worden veroorzaakt door microscopische ruwheid op oppervlakken die wrijven. Bovendien zijn deze typen te wijten aan dipool-dipool en andere soorten interacties tussen atomen en moleculen die wrijvende lichamen vormen.

De oorzaak van rolwrijving houdt verband met de hysterese van elastische vervorming die optreedt op het contactpunt tussen het rollende object en het oppervlak.

Wrijvingskracht en wrijvingscoëfficiënt

Alle drie soorten vaste wrijvingskrachten worden beschreven door uitdrukkingen die dezelfde vorm hebben. Hier is haar:

F_t=µ_tN.

Hier is N de kracht die loodrecht op het oppervlak op het lichaam werkt. Het heet de steunreactie. De waarde µ_{t- wordt de coëfficiënt van het corresponderende type wrijving genoemd.}

Coëfficiënten voor glijdende en rustwrijving zijn dimensieloze grootheden. Dit kan worden begrepen door te kijken naar de gelijkheid van de wrijvingskracht en wrijvingscoëfficiënt. De linkerkant van de vergelijking wordt uitgedrukt in newtons, de rechterkant wordt ook uitgedrukt in newtons, aangezien N een kracht is.

Wat betreft rolwrijving, de coëfficiënt daarvoor zal ook een dimensieloze waarde zijn, maar deze wordt gedefinieerd als de verhouding van de lineaire karakteristiek van elastische vervorming tot de straal van het rollende object.

Het moet gezegd worden dat de typische waarden van de glij- en rustwrijvingscoëfficiënten tienden van een eenheid zijn. voor wrijvingrollend, komt deze coëfficiënt overeen met honderdsten en duizendsten van een eenheid.

Hoe de wrijvingscoëfficiënt te vinden?

Coëfficiënt µ_{thangt af van een aantal factoren die wiskundig moeilijk in aanmerking te nemen zijn. We noemen er enkele:}

• materiaal van wrijvende oppervlakken;
• oppervlaktekwaliteit;
• de aanwezigheid van vuil, water enzovoort;
• oppervlaktetemperaturen.

Daarom is er geen formule voor µ_t en moet het experimenteel worden gemeten. Om te begrijpen hoe de wrijvingscoëfficiënt kan worden gevonden, moet deze worden uitgedrukt met de formule voor F_{t. We hebben:}

µ_t =F_t/N.

Het blijkt dat om µ_{tte kennen, de wrijvingskracht en de steunreactie nodig zijn.}

Het bijbehorende experiment wordt als volgt uitgevoerd:

1. Neem bijvoorbeeld een lichaam en een vliegtuig, gemaakt van hout.
2. Klamp de rollenbank vast aan het lichaam en beweeg hem gelijkmatig over het oppervlak.

Tegelijkertijd vertoont de rollenbank enige kracht, die gelijk is aan F_{t. De grondreactie is gelijk aan het gewicht van het lichaam op een horizontaal oppervlak.}

De beschreven methode stelt u in staat te begrijpen wat de coëfficiënt van statische en glijdende wrijving is. Op dezelfde manier kunt u _{trolling experimenteel bepalen.}

Een andere experimentele methode voor het bepalen van µ_{t wordt gegeven in de vorm van een probleem in de volgende paragraaf.}

Probleem om µt te berekenen

De houten balk bevindt zich op het glasoppervlak. Door het oppervlak soepel te kantelen, ontdekten we dat het glijden van de balk begint bij een hellingshoek van 15o. Wat is de statische wrijvingscoëfficiënt voor een hout-glaspaar?

Als de balk zich op een hellend vlak op 15o bevond, had de resterende wrijvingskracht een maximale waarde. Het is gelijk aan:

F_t=mgsin(α).

Kracht N wordt bepaald door de formule:

N=mgcos(α).

Toepassen van de formule voor µ_{t, krijgen we:}

µ_t=F_{t/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).}

Als we de hoek α substitueren, komen we tot het antwoord: µ_{t=0, 27.}