Эта статья отвечает на вопрос, как найти силу трения без коэффициента. Мы все знакомы с трением и, должно быть, сталкивались с трением каждый день в нашей повседневной жизни.
Мы также знаем, что для расчета величины силы трения требуется коэффициент трения. Но что происходит, когда мы не знаем значение коэффициента трения, а нам все еще нужно найти величину силы трения? Мы изучим это в этой статье.
Что такое трение?
Мы все знаем о трение и его влияние на нашу повседневную жизнь. Мы не можем ходить или бегать без помощи трения. Несмотря на то, что это противостоящая сила, она помогает нам двигаться вперед.
Сопротивление нашему движению называется трением. Трение возникает из-за простых неровностей на поверхности предметов. Ничто в этом мире не идеально, как и любая поверхность. Должны быть хотя бы какие-то неровности, которые вызовут трение.
Изображение кредита: ЦаоХао, Трение между поверхностями, CC BY-SA 4.0
Что такое коэффициент трения?
Коэффициент трения – это отношение силы трения к нормальной силе реакции, действующей на тело.
Используется для нахождения значения усилие за счет трения. Этот коэффициент также говорит нам о величине шероховатости на поверхности. Проще говоря, коэффициент трения является мерой шероховатости поверхности и позволяет нам легко найти величину силы трения.
Как найти значение трения без коэффициента?
Без коэффициента силы трения мы не можем найти силу трения. Коэффициент трения можно найти двумя способами.
Один очень простой, мы можем просто проверить стандартные значения из учебника. Стандартные значения различных материалов перечислены в книге стандартных значений. Другой способ узнать коэффициент трения — экспериментировать. Для наклонной плоскости тангенс угла наклона дает значение коэффициента трения.
Применение трения
Трение не всегда плохо. Он используется во многих приложениях, которые мы увидим в списке, приведенном ниже:
- Прогулки– При ходьбе лучше всего используется трение. Без трения человеческое тело оставалось бы на одном месте, пытаясь двигаться вперед. Это связано с тем, что во время ходьбы реакция вперед дает мощный толчок нашему телу, что помогает нам двигаться вперед.
- Бег – Бег – это преемник ходьбы. Если мы бежим по беговой дорожке, мы не двигаемся вперед. Это связано с тем, что беговая дорожка будет двигаться назад с той же скоростью. В случае гладкой дороги тело не получит достаточной силы реакции для движения вперед, поэтому тело будет продолжать бежать в одном и том же месте, как на беговой дорожке.
- Вождение – Вождение – еще одно важное применение трения. Колеса автомобиля испытывают огромное трение, которое отвечает за движение автомобиля вперед. Без трения автомобиль остался бы на том же месте.
- тормоза – Тормоза также являются примером, где трение играет жизненно важную роль. Без тормозов было бы почти невозможно остановить машину, не повредив ее. Тормоза спасли много жизней, и вся заслуга в наличии трения. Трение является ключевым моментом во всем процессе остановки автомобиля. Именно из-за трения автомобиль останавливается.
- Остановка мяча – Если мы бросим мяч и рассчитываем, что он переместится только на определенное расстояние, мы бросим его с некоторой силой. Но где гарантия, что мяч не будет двигаться вечно? Это трение между поверхностью земли и мячом, из-за которого мяч обязательно остановится. У нас всегда есть приблизительное представление о величине трения, которое будет производить поверхность, благодаря нашему опыту. Таким образом, мяч останавливается в нужном месте.
- Вращение мяча для крикета– Спиннер вращает мяч, выпуская его из руки. Мяч поворачивается после касания земли. Это происходит из-за трения между полем и мячом. Сила обратной реакции толкает мяч в направлении вращения, тем самым создавая эффект поворота.
- Живопись – Во время рисования краска прилипает к поверхности бумаги. Это происходит из-за трения. Молекулы красок прилипают к неровностям на поверхности бумаги. Таким образом, краска не осыпается с бумаги даже после высыхания. Если полировать на гладкой поверхности, краска иногда может отвалиться, потому что она не создает адгезионного эффекта с поверхностью.
- Рисование – Как и в живописи, в рисовании также используется трение. По этой причине очень трудно писать на гладкой поверхности. В основном шероховатые поверхности являются наиболее подходящими для письма, но чрезмерная шероховатость создаст трудности при письме, поэтому для письма требуется оптимальная шероховатость.
- ВЕЛО МАСКИ – Велоспорт использует трение для движения вперед по той же причине, что и при ходьбе, беге и вождении автомобиля. Шины велосипеда подвергаются толчку вперед, заданному нормальной реакцией. Это возможно с помощью трения. Без трения цикл не двигался бы вперед. Важно заметить, что по скользкой дороге трудно двигаться. Потому что на скользких дорогах очень меньше трения.
- Очистка рук — Пока мы чистим руки, мы начинаем растирать руки, благодаря чему молекулы мыла комфортно сидят внутри неровностей и убирают грязь с рук. Вот почему наши руки скользкие, когда мы наносим мыло. Это в основном связано с тем, что молекулы мыла располагаются внутри неровностей и, следовательно, сводят к минимуму вероятность трения.
- Gears– Зацепление зубчатых колес представляет собой приложение трения. Поскольку зубья, входящие в зацепление, являются просто неровностями, о которых мы говорим, обсуждая трение, эти шестерни прилипают друг к другу, в результате чего происходит передача движения.
Most people understand friction in an intuitive way. When you try to push an object along a surface, the contact between the object and the surface resists your push up to a certain pushing strength. Calculating the frictional force mathematically usually involves the “coefficient of friction,” which describes how much the two specific materials “stick together” to resist motion, and something called the “normal force” that relates to the mass of the object. But if you don’t know the coefficient of friction, how do you work out the force? You can achieve this either by looking up a standard result online or conducting a small experiment.
Finding the Force of Friction Experimentally
-
Is This the Right Coefficient?
If you’re trying to work out the force of friction starting from stationary, this experiment tells you the right value. However, friction generally isn’t as strong if something is already moving, but working this out experimentally with limited equipment would be challenging. If you need this “sliding” friction coefficient, use the alternative method below, but find the coefficient of sliding friction rather than the one for static friction.
Use the object in question and a small section of the surface you can move freely to set up an inclined ramp. If you can’t use the whole surface or the whole object, just use a piece of something made from the same material. For example, if you have a tiled floor as a surface, you could use a single tile to create the ramp. If you have a wooden cupboard as an object, use a different, smaller object made from wood (ideally with a similar finish on the wood). The closer you can get to the real situation, the more accurate your calculation will be.
Ensure that you can adjust the incline of the ramp, by stacking up a series of books or something similar, so you can make small adjustments to its maximum height.
The more inclined the surface, the more the force due to gravity will work to pull it down the ramp. The force of friction works against this, but at some point, the force due to gravity overcomes it. This tells you the maximum force of friction for these materials, and physicists describe this through the coefficient of static friction (μstatic). The experiment allows you to find the value for this.
Place the object on top of the surface at a shallow angle that won’t make it slide down the ramp. Gradually increase the incline of the ramp by adding books or other thin objects to your stack, and find the steepest incline you can hold it at without the object moving. You’ll struggle to get a completely precise answer, but your best estimate will be close enough to the true value for the calculation. Measure the height of the ramp and the length of the base of the ramp when it’s at this inclination. You’re essentially treating the ramp as forming a right-angled triangle with the floor and measuring the length and height of the triangle.
The math for the situation works out neatly, and it turns out that the tangent of the angle of the incline tells you the value of the coefficient. So:
mu_{static}=tan{theta}
Or, because tan = opposite / adjacent = length of base / height, you calculate:
mu_{static}=(text{length of base})/(text{height of ramp})
Complete this calculation to find the value for the coefficient for your specific situation.
Tips
F=mu_{static} N
Where the “N” stands for the normal force. For a flat surface, the value of this is equal to the weight of the object, so you can use:
F=mu_{static} mg
Here, m is the mass of the object and g is the acceleration due to gravity (9.8 m / s2).
For example, wood on a stone surface has a friction coefficient of μstatic = 0.3, so using this value for a 10 kilogram (kg) wooden cupboard on a stone surface:
F=mu_{static} mg=0.3times 10times 9.8 = 29.4text{ N}
Finding the Force of Friction Without an Experiment
Look online to find the coefficient of friction between your two substances. For example, a car tire on asphalt has a coefficient of μstatic = 0.72, ice on wood has μstatic = 0.05 and wood on brick has μstatic = 0.6. Find the value for your situation (including using the sliding coefficient if you aren’t calculating the friction from stationary) and make a note of it.
The following equation tells you the strength of the frictional force (with the static friction coefficient):
F=mu_{static} N
If your surface is flat and parallel to the ground, you can use:
F=mu_{static} mg
If it isn’t, the normal force is weaker. In this case, find the angle of the incline θ, and calculate:
F=cos{theta} mu_{static} mg
For example, using a 1 kg block of ice on wood, inclined to 30°, and remembering that g = 9.8 m / s2, this gives:
F=cos{theta} mu_{static} mg=cos{30}times 0.05 times 1 times 9.8 = 0.424text{ N}
Ответы Mail.ru
Наука, Техника, Языки
Гуманитарные науки
Естественные науки
Лингвистика
Техника
Вопросы – лидеры.
Дистанционное управление людьми при пситерроре
1 ставка
Размеры корпуса шпиндельной бабки (передней бабки) токарно-винторезного станка модели 16к20
1 ставка
Есть ли где спец.залы со всевозможными станками ?
1 ставка
Лидеры категории
Лена-пена
Искусственный Интеллект
М.И.
Искусственный Интеллект
Y.Nine
Искусственный Интеллект
•••
Как найти силу трения без коэффициента трения?
slipstrim
Профи
(742),
закрыт
1 год назад
Спасибо за ответ!
Лучший ответ
Аркаша
Высший разум
(539694)
2 года назад
Привязать к безмену и тащить !
Остальные ответы
Полосатый жираф Алик
Искусственный Интеллект
(310770)
2 года назад
Измеряй. Например, динамометром.
Иван Непомнящий
Искусственный Интеллект
(177455)
2 года назад
В корыто посади кого нибудь тяни через безмен. Через момент вращения можно
Сергей Логинов
Оракул
(87321)
2 года назад
Только имей в виду, что их две — есть еще сила трения покоя. Она больше. Поэтому и двери скрипят, и на лыжах катаются…
david.gorelikУченик (210)
2 года назад
их 3
Похожие вопросы
Автор:
Louise Ward
Дата создания:
9 Февраль 2021
Дата обновления:
22 Май 2023
Содержание
- Нахождение силы трения экспериментально
- подсказки
- Нахождение силы трения без эксперимента
Большинство людей понимают трение интуитивно. Когда вы пытаетесь протолкнуть объект вдоль поверхности, контакт между объектом и поверхностью противостоит вашему толчку до определенной силы толчка. При математическом расчете силы трения обычно используется «коэффициент трения», который описывает, как два конкретных материала «слипаются», чтобы противостоять движению, и нечто, называемое «нормальной силой», которая относится к массе объекта. Но если вы не знаете коэффициент трения, как вы распределяете силу? Вы можете добиться этого либо путем поиска стандартного результата в Интернете, либо проведением небольшого эксперимента.
Нахождение силы трения экспериментально
Используйте рассматриваемый объект и небольшой участок поверхности, который вы можете свободно перемещать, чтобы установить наклонную рампу. Если вы не можете использовать всю поверхность или весь объект, просто используйте кусок чего-то, сделанного из того же материала. Например, если у вас плиточный пол в качестве поверхности, вы можете использовать одну плитку для создания рампы. Если у вас есть деревянный шкаф в качестве объекта, используйте другой, меньший объект, сделанный из дерева (в идеале с аналогичной отделкой на дереве). Чем ближе вы окажетесь к реальной ситуации, тем точнее будет ваш расчет.
Убедитесь, что вы можете отрегулировать наклон рампы, составив серию книг или что-то подобное, чтобы вы могли внести небольшие изменения в ее максимальную высоту.
Чем больше наклонная поверхность, тем больше сила гравитации будет тянуть ее вниз по наклонной плоскости. Сила трения работает против этого, но в какой-то момент сила гравитации преодолевает ее. Это говорит вам о максимальной силе трения для этих материалов, и физики описывают это через коэффициент статического трения (μстатический). Эксперимент позволяет найти значение для этого.
Поместите объект на поверхность под небольшим углом, который не заставит его скользить по трапу. Постепенно увеличивайте наклон ската, добавляя книги или другие тонкие объекты в свой стек, и найдите самый крутой наклон, на котором вы можете удерживать его, не двигая объект. Вы будете изо всех сил пытаться получить полностью точный ответ, но ваша лучшая оценка будет достаточно близка к истинному значению для расчета. Измерьте высоту рампы и длину основания рампы, когда она находится под этим наклоном. По сути, вы рассматриваете рампу как формирование прямоугольного треугольника с полом и измерение длины и высоты треугольника.
Математика для ситуации получается аккуратно, и получается, что тангенс угла наклона говорит вам о значении коэффициента. Так:
μстатический = загар (θ)
Или, поскольку tan = противоположный / соседний = длина основания / рост, вы рассчитываете:
μстатический = загар (длина основания / высота ската)
Выполните этот расчет, чтобы найти значение коэффициента для вашей конкретной ситуации.
подсказки
F = μстатический N
Где “N”Означает нормальную силу. Для плоской поверхности это значение равно весу объекта, поэтому вы можете использовать:
F = μстатический мг
Вот, м это масса объекта и грамм ускорение силы тяжести (9,8 м / с2).
Например, древесина на каменной поверхности имеет коэффициент трения μстатический = 0,3, поэтому, используя это значение для деревянного шкафа весом 10 кг на каменной поверхности:
F = μстатический мг
= 0,3 × 10 кг × 9,8 м / с2
= 29,4 ньютона
Нахождение силы трения без эксперимента
Посмотрите в Интернете, чтобы найти коэффициент трения между вашими двумя веществами. Например, автомобильная шина на асфальте имеет коэффициент μстатический = 0,72, лед на дереве μстатический = 0,05 и дерево на кирпиче μстатический = 0,6 Найдите значение для вашей ситуации (включая использование коэффициента скольжения, если вы не рассчитываете трение от неподвижного) и запишите его.
Следующее уравнение говорит о силе силы трения (с коэффициентом статического трения):
F = μстатический N
Если ваша поверхность ровная и параллельна земле, вы можете использовать:
F = μстатический мг
Если это не так, нормальная сила слабее. В этом случае найдите угол наклона θи рассчитать:
F = cos (θ) μстатический мг
Например, используя кусок льда весом 1 кг на дереве, наклоненный до 30 °, и помня, что грамм = 9,8 м / с2, это дает:
F = cos (θ) μстатический мг
= cos (30 °) × 0,05 × 1 кг × 9,8 м / с2
= 0,424 ньютона
Сила трения появляется, когда две поверхности соприкасаются и движутся относительно друг друга. Процесс изучает физика, в частности механика. Она рассматривает основные законы, которым поддаются тела при их движении и взаимодействии, выясняет причины, влияющие на изменение положения предметов.
Определение и природа силы трения
Сила трения Fтр возникает при касании двух тел. Она создает препятствия для их дальнейшего движения.
Это происходит при взаимодействии атомов и молекул, из которых состоят предметы. Поэтому природа ее появления – электромагнитные волны. Она действует в двух направлениях, направлена на оба тела.
При этом ее значение по модулю не изменяется. Если на одно из двух соприкасающихся тел действует сила, то она оказывает влияние и на другое.
На предмет, остающийся без движения, влияет сила трения покоя. Пока ее значение не превысит внешнее вмешательство, пытающееся сместить предмет, он не изменит положение.
Когда же ее величина возрастет до определенного предела, произойдет перемещение в новое место. Тогда появляется сила трения скольжения, ее направление противоположно смещению предмета.
Благодаря действию трения невозможно перемещаться вечно. Движение закончится через определенное время. Если же внешняя сила вновь превысит значение трения покоя, то перемещение возобновится.
Виды силы трения
Основные виды силы трения:
-
Покоя. Она сопротивляется внешним факторам, пытающимся сдвинуть тело. При их отсутствии ее значение приравнивают к нулю.
-
Скольжения. Она находится в прямой зависимости от коэффициента трения и значения силы, с которой поверхность оказывает давление на тело. Ее направление действия всегда перпендикулярно поверхности. Она обычно ниже, чем максимальная сила трения покоя.
-
Качения. Она возникает, когда одно тело катится по поверхности другого. Например, при соприкосновении колеса едущего велосипеда с дорогой или при работе подшипникового механизма. Она оказывает гораздо меньшее действие, чем трение скольжения, если остальные условия считать неизменными. Ее открытие стало незаменимым для техники. Колеса и круглые детали, вращающиеся и меняющие положение, являются основой многих механизмов и работы транспортных средств.
-
Верчения. Она появляется, когда один предмет начинает вращаться по поверхности другого.
Само трение может быть нескольких видов:
-
Сухим. Проявляется при соприкосновении твердых поверхностей. На них не наблюдаются другие материалы и слои. Такое в природе и жизни встречается крайне редко.
-
Вязким. Его еще называют жидкостным. Возникает при взаимодействии твердого тела с жидкостью или газом. Они могут течь мимо неподвижного предмета. Или он перемещается в жидкой или газообразной субстанции. Например, лодку тянут на канате по реке. Тело заставляет перемещаться верхний слой жидкости или газа. Словно тянет его за собой. Он в свою очередь действует на другой слой, расположенный ниже. Чем дальше от тела, тем ниже скорость движения слоев. Это происходит из-за уменьшения влияния твердого предмета. Между слоями возникает сила трения, так как тела движутся относительно друг друга. Она приводит к их торможению, а значит и действует на твердое тело, останавливая его. Температура определяет степень вязкости веществ. Например, она снижается при нагревании масла. Это наглядно видно на работе автомобильного мотора. Когда машина долго находилась на холоде, двигатель нужно сначала разогреть, чтобы увеличить скорость его вращения. У газов обратная зависимость. Вязкость растет с увеличением температуры.
-
Смешанным. Оно наблюдается, когда между телами, соприкасающимися поверхностями, есть слой смазки.
Также трение разделяют на внутреннее и внешнее. Последнее возникает при взаимодействии твердых тел. Значит к нему можно отнести сухое трение.
Внутреннее же характеризуется вязкостью. Именно при взаимодействии жидкостей или газа смещение происходит внутри одного тела, когда слои движутся относительно друг друга.
Как найти силу трения
Чтобы найти силу трения, нужно знать коэффициент трения k, зависящий от свойств поверхности. Это постоянная величина, значение которой берется из таблиц.
Также понадобится сила реакции опоры N. Нужная величина определяется произведением двух значений:
Fтр = k * N
Буквой k обозначается коэффициент. Также можно встретить символ µ. Обычно он находится в пределах от 0,1 до 1.
Например, для резины, перемещающейся по сухому асфальту, при движении он колеблется от 0,5 до 0,8. При скольжении металла по дереву – 0,4, железа по чугуну – 0,18.
Сила реакции опоры не отличается от величины силы тяжести, зависящей от веса тела. Поэтому ее значение равно произведению массы тела (m) на ускорение свободного падения (g).
N = m * g
Это постоянная величина, составляющая 9,8 м/с². Это правило действует, когда приходится иметь дело с горизонтальной поверхностью. Сила тяжести и реакция опоры уравновешивают друг друга. Поэтому их считают равными величинами.
Если же происходит движение по наклонной плоскости, ход рассуждений несколько меняется. На предмет по-прежнему действуют силы тяжести и реакция опоры, но не в одном направлении.
При знании угла наклона плоскости к горизонту, формула трансформируется и приобретает следующий вид:
N = k * m *·g *·cosα
Здесь необходимо руководствоваться тем, что косинус это отношение катета, прилежащего к углу, к гипотенузе треугольника. Это один из тех случаев, доказывающих тесную взаимосвязь физики и тригонометрии.
Пример решения задачи
Задача, на применение полученных знаний, связанных с силой трения, поможет закрепить материал.
Условие задачи. На полу стоит коробка весом 7 кг. Коэффициент трения между ней и полом составляет 0,3. К коробке прикладывают силу, равную 14 Н. Сдвинется ли она с места?
Решение.
Коробка находится на горизонтальной плоскости. Она подвержена действию силы тяжести, которую уравнивает реакция опоры. Они направлены перпендикулярно коробке и полу. Значит, для определения силы реакции опоры, нужно умножить массу коробки на ускорение:
N = m * g;
N = 10 кг * 9,8 м/с² = 98 кг * м/с² = 98 Н;
Fтр = k * N;
Fтр = 0,3·* 98Н = 29,4 Н.
Ответ: полученное значение превышает усилия, приложенные к коробке со стороны, так как 29,4 Н > 14 Н. Значит, она останется на первоначальном месте.
Сила трения присутствует в жизни постоянно. Она мешает предметам сдвинуться с места и противится их длительному скольжению и перемещению. Ее значение зависит от поверхностей, с которыми приходится соприкасаться, их свойств и характеристик.
Площадь соприкосновения не учитывается, зато имеет значение положение тела. Например, сила, возникающая при движении автомобиля по ровной поверхности, отличается от величины при перемещении по горной местности, расположенной под углом к горизонту. А если машине приходится двигаться на мокрой дороге, то значение снова меняется.
