Plik tarcie dynamiczne lub kinetyczny To ten, który zachodzi między dwoma stykającymi się ciałami, gdy powierzchnia jednego z nich porusza się względem powierzchni drugiego. Na przykład w skrzyni zjeżdżającej po zboczu tarcie jest dynamiczne i rozłożone na powierzchni styku klocka.
Nachylenie musi być wystarczająco duże, aby składowa styczna ciężaru była równa lub przekraczała siłę tarcia, w przeciwnym razie zstępujący klocek zatrzymałby się.
Siła tarcia jest niezwykle ważna w życiu codziennym, ponieważ umożliwia przemieszczanie się ludzi, zwierząt i pojazdów. Na powierzchni pozbawionej tarcia, takiej jak zamarznięte jezioro, nie można rozpocząć ruchu.
Tarcie pozwala również naszym samochodom zatrzymać się, gdy są w ruchu.
Podczas zaciągania się klocki hamulcowe dociskane są do tarcz koła i dzięki tarciu dynamicznemu zatrzymują ich rotację. Ale nie wystarczy mieć dobre hamulce, konieczne jest, aby między oponami a podłożem była wystarczająca siła tarcia, bo w końcu jest to siła, od której polegamy, aby samochód się zatrzymał..
Ludzkość nauczyła się radzić sobie z tarciami na swoją korzyść. Zaczął więc od tarcia między dwoma kawałkami suchego drewna do rozpalenia ognia.
Natura nauczyła się również radzić sobie z tarciem na swoją korzyść. Na przykład błony maziowe wyściełające kości stawów są jedną z powierzchni o najniższym istniejącym współczynniku tarcia..
Indeks artykułów
Leonardo da Vinci był pierwszym, który systematycznie badał ruch bloku ślizgającego się po płaskiej powierzchni, ale jego badania pozostały niezauważone.
Dopiero w XVII wieku francuski fizyk Guillaume Amontons ponownie odkrył prawa tarcia:
1.- Siła tarcia występująca w bloku, który ślizga się po płaskiej powierzchni, zawsze przeciwstawia się kierunkowi ruchu.
2.- Wielkość dynamicznej siły tarcia jest proporcjonalna do siły docisku lub siły normalnej między powierzchniami bloku a płaszczyzną podparcia.
3.- Stała proporcjonalności to współczynnik tarcia, statyczny μi w przypadku braku poślizgu i dynamiki μre kiedy jest. Współczynnik tarcia zależy od materiałów stykających się powierzchni i stanu chropowatości.
4.- Siła tarcia jest niezależna od pozornej powierzchni styku.
5.- Po rozpoczęciu ruchu jednej powierzchni względem drugiej siła tarcia jest stała i nie zależy od względnej prędkości między powierzchniami.
W przypadku braku poślizgu stosuje się tarcie statyczne, którego siła jest mniejsza lub równa współczynnikowi tarcia statycznego pomnożonemu przez normalną.
Ostatnia właściwość była wynikiem wkładu francuskiego fizyka Charlesa Augustina de Coulomba, najbardziej znanego ze słynnego prawa siły między punktowymi ładunkami elektrycznymi..
Obserwacje te prowadzą nas do matematycznego modelu dynamicznej siły tarcia fa:
fa = μre N
Gdzie μre jest dynamicznym współczynnikiem tarcia i N jest siłą normalną.
Współczynnik tarcia dynamicznego między dwiema powierzchniami jest określany eksperymentalnie. Jego wartość zależy nie tylko od materiałów obu powierzchni, ale także od stanu chropowatości czy polerowania, które mają, a także od ich czystości..
Jednym ze sposobów ustalenia tego jest popchnięcie i przesunięcie pudełka o znanej masie po poziomej powierzchni..
Jeżeli znana jest prędkość w momencie rozpędzania się i mierzona jest odległość przejechana od tego momentu do zatrzymania, to można poznać przyspieszenie hamowania spowodowane tarciem dynamicznym.
W tym doświadczeniu mierzona jest prędkość początkowa v i odległość re, wtedy przyspieszenie hamowania wynosi:
a = - wdwa / 2d
Wykres siły pokazano na rysunku 2. Wielkość ciężaru to masa m bloku pomnożona przez przyspieszenie ziemskie g, a jak wiadomo, ciężar zawsze skierowany jest pionowo w dół..
N jest siłą normalną wywołaną naciskiem powierzchni łożyska w górę i jest zawsze prostopadła (lub normalna) do płaszczyzny. Norma istnieje tak długo, jak powierzchnie są w kontakcie i ustaje, gdy tylko powierzchnie się rozdzielą.
Siła fa reprezentuje dynamiczną siłę tarcia. W rzeczywistości jest rozłożona na dolnej powierzchni bloku, ale możemy to przedstawić jako pojedynczą siłę fa nakładany w środku bloku.
Ponieważ istnieje równowaga pionowa, wielkość normalnej N jest równa masie w mg:
N = mg
W kierunku poziomym siła tarcia powoduje spowolnienie bloku masy m zgodnie z drugą zasadą Newtona:
-F = m a
Siła tarcia fa wskazuje w lewo, więc jego składowa pozioma jest ujemna, m to masa klocka, a a to przyspieszenie hamowania.
Został uzyskany wcześniej a = - wdwa / 2d a także model dynamicznego tarcia wskazuje, że:
F = μd N.
Zastępując w poprzednim równaniu otrzymujemy:
-μre N = - vdwa / 2d
Biorąc pod uwagę, że N = mg, współczynnik tarcia dynamicznego można już rozwiązać:
μre = vdwa / (2 dni mg)
Poniższa tabela przedstawia statyczne i dynamiczne współczynniki tarcia dla różnych materiałów. Należy zauważyć, że systematycznie współczynnik tarcia statycznego jest zawsze większy niż współczynnik tarcia dynamicznego..
Blok o masie 2 kg jest kładziony na poziomą podłogę i zwalniany. W momencie zwolnienia rejestrowana jest prędkość 1,5 m / s. Od tego momentu do zatrzymania się bloku w wyniku tarcia dynamicznego pokonuje się 3 m. Określ współczynnik tarcia kinetycznego.
Zgodnie ze wzorem otrzymanym w przykładzie w poprzedniej sekcji, współczynnik tarcia dynamicznego (lub kinetycznego) wynosi:
μre = vdwa / (2d mg) = 1.5dwa / (2x3x2 x9,8) = 0,019.
Wiedząc, że klocek na rysunku 1 opada ze stałą prędkością, że masa klocka wynosi 1 kg, a nachylenie płaszczyzny wynosi 30 °, należy określić:
a) Wartość dynamicznej siły tarcia
b) Współczynnik tarcia dynamicznego między klockiem a płaszczyzną.
Na rysunku 4 przedstawiono równanie ruchu (drugie prawo Newtona) dla problemu bloku opadającego po zboczu o współczynniku tarcia μre i nachylenie α (patrz wykres siły na rysunku 1)
W naszym ćwiczeniu powiedziano nam, że klocek opada ze stałą prędkością, a więc opada z przyspieszeniem a = 0. Stąd wynika, że siła tarcia jest taka, że jest równa składowej stycznej ciężaru: F = mg Sen (α).
W naszym przypadku m = 1 kg i α = 30º, więc siła tarcia F ma wartość 4,9N.
Z drugiej strony siła normalna N jest równa i przeciwna do prostopadłej składowej ciężaru: N = mg Cos (α) = 8,48 N .
Stąd wynika, że współczynnik tarcia dynamicznego wynosi:
μre = F / N = 4,9 N / 8,48 N = 0,57
Jeszcze bez komentarzy