Studi tentang ketergantungan gaya gesekan dari permukaan permukaan badan kontak
Kami menyelidiki, dari mana gaya gesekan bergantung. Untuk melakukan ini, kami menggunakan papan kayu yang halus, batang kayu dan dinamometer.
Gambar 1.
Pertama, periksa apakah gaya gesekan tergantung pada permukaan permukaan badan kontak. Letakkan bilah di papan papan yang berlokasi horizontal dengan luas permukaan terbesar. Melampirkan dynamometer ke bilah, kita akan dengan lancar meningkatkan gaya yang diarahkan di sepanjang permukaan papan, dan catat nilai maksimum gaya gesekan istirahat. Kemudian kita akan meletakkan bilah yang sama pada garis lain dengan luas permukaan yang lebih kecil dan sekali lagi mengukur nilai maksimum gaya gesekan istirahat. Pengalaman menunjukkan bahwa nilai maksimum gaya gesekan sisanya tergantung pada luas permukaan badan kontak.
Mengulangi pengukuran yang sama dengan gerakan seragam bilah di permukaan papan, kita yakin bahwa kekuatan stroke slip juga tidak tergantung pada luas permukaan tubuh kontak.
Studi tentang ketergantungan gaya gesekan dari kekuatan tekanan
Kami memakai bilah pertama yang sama.
Gambar 2.
Dengan ini, kami akan meningkatkan kekuatan tegak lurus terhadap permukaan kontak tubuh dan tabel (ini disebut kekuatan tekanan ~ $ \\ overline (P) $). Jika kita mengukur kekuatan maksimum gesekan istirahat, kita akan melihat bahwa itu berlipat ganda. Menempatkan dua batang yang ketiga, kita menemukan bahwa kekuatan maksimum gesekan beristirahat meningkat tiga kali.
Berdasarkan eksperimen tersebut, dapat disimpulkan bahwa nilai maksimum modul gaya gesekan sisanya berbanding lurus dengan kekuatan tekanan.
Interaksi tubuh dan dukungan menyebabkan deformasi dan tubuh, dan mendukung.
Kekuatan elastisitas $ \\ overline (n) $ timbul dari deformasi dukungan dan tubuh yang bertindak pada tubuh disebut kekuatan reaksi dukungan. Menurut hukum ketiga Newton, kekuatan tekanan dan kekuatan reaksi dukungan sama dengan modul dan berlawanan dengan arah:
Gambar 3.
Oleh karena itu, kesimpulan sebelumnya dapat diformulasikan sebagai berikut: Modul kekuatan maksimum gesekan damai sebanding dengan kekuatan reaksi dukungan:
Huruf Yunani $ \\ mu $ menandai koefisien proporsionalitas yang disebut koefisien gesekan (masing-masing beristirahat atau tergelincir).
Pengalaman menunjukkan bahwa modul gaya gesekan $ f_ (MP) $, serta modul gaya gesekan kasar maksimum, sebanding dengan modul gaya reaksi dukungan:
Nilai maksimum gaya gesekan sisanya kira-kira sama dengan kekuatan slip, koefisien gesekan dan geser juga kira-kira sama.
Rasio tanpa dimensi dari rasio $ \\ mu $ tergantung:
- dari sifat permukaan gosok;
- dari keadaan permukaan gosok, khususnya dari kekasaran mereka;
- dalam kasus sliding, koefisien gesekan adalah fungsi kecepatan.
Contoh 1.
Tentukan nilai minimum jalur rem mobil, yang mulai mengerem di bagian horizontal dari jalan raya dengan kecepatan $ 20 $ m / s. Koefisien gesekan adalah 0,5.
Itu diberikan: $ v \u003d 20 $ m / s, $ \\ mu \u003d $ 0,5 $.
Temukan: $ s _ (\\ mnt) $ -?
Solusi: Jalur rem mobil akan memiliki nilai minimum pada nilai maksimum gaya gesekan. Modul gaya gesekan maksimum adalah:
\\ [(F_ (mp)) _ (\\ max) \u003d \\ mu mg \\]
$ F_ (MP) $ untuk pengereman diarahkan berlawanan dengan kecepatan $ \\ overline (v) _ (0) $ dan $ \\ overline $ bergerak.
Dengan gerakan keseimbangan lurus, proyeksi pergerakan $ S_ (x) $ mobil pada sumbu paralel dengan kecepatan vektor $ \\ overline (v) _ (0) $ mobil sama dengan:
Beralih ke modul nilai, kami dapatkan:
Nilai waktu dapat ditemukan dari kondisi:
\ \
Lalu kami dapatkan untuk modul pindah:
$ A \u003d \\ frac ((f_ (mp)) _ (\\ max)) (m) \u003d \\ frac (\\ mu mg) (m) \u003d \\ mu g $, maka
$ S _ (\\ min) \u003d \\ frac (v_ (0) ^ (2)) (2 \\ mu g) \\ kira-kira $ 40 m.
Jawaban: $ s _ (\\ min) \u003d $ 40 m.
Contoh 2.
Paksa apa yang harus diterapkan dalam arah horizontal ke massa lokomotif $ 8 $ T untuk mengurangi kecepatannya dengan $ 0,3 m / s untuk $ 5 detik? Koefisien gesekan adalah $ 0,05. $
Ini diberikan: $ M \u003d $ 8000 kg, $ \\ delta v \u003d 0,3 $ m / s, $ \\ mu \u003d 0,05 $.
Temukan: $ F $ -?
Gambar 4.
Tulis persamaan gerakan tubuh:
Sprogit pada kekuatan sumbu x dan akselerasi:
Sejak $ F_ (MP) \u003d \\ MU MG $, A $ A \u003d \\ frac (v-v_ (0)) (t) \u003d \\ frac (\\ delta v) (t) $, kami dapatkan:
$ F \u003d M (\\ frac (\\ delta v) (t) - \\ mu g) \u003d 3440
Gaya gesekan terjadi dengan gerakan relatif dari dua badan kontak. Gesekan yang timbul antara permukaan berbagai panggilan tubuh gesekan eksternal.. Jika gesekan dimanifestasikan antara bagian-bagian dari tubuh yang sama, itu disebut friksi internal.
Tergantung pada sifat gerakan relatif menghubungi padatan membedakan gesekan damai, slip gesekandan gesekan bergulir.
Gaya gesekan sisanya muncul antara badan-badan padat yang tetap ketika ada kekuatan yang bertindak ke arah gerakan tubuh yang mungkin.
Gaya gesekan sisanya selalu sama dengan modul dan diarahkan secara berlawanan, permukaan paralel menghubungi dan berusaha memimpin tubuh ini bergerak. Peningkatan kekuatan eksternal ini yang melekat pada tubuh mengarah pada peningkatan gesekan damai. Kekuatan gesekan sisanya ditujukan untuk arah yang berlawanan dengan gerakan tubuh yang mungkin.
.
(2.14)
Kekuatan gesekan damai mencegah dimulainya gerakan. Tetapi ada kasus ketika kekuatan gesekan sisanya berfungsi sebagai penyebab pergerakan tubuh. Misalnya, pria berjalan. Saat berjalan, kekuatan gesekan sisanya berakting pada sol memberitahu AS akselerasi. Satu-satunya tidak meluncur kembali, dan, itu berarti gesekan antara dia dan jalannya gesekan.
Menyelipkan kekuatan gesekanBerdebat ketika meluncur satu tubuh secara berbeda diarahkan di sepanjang permukaan tubuh menghubungi ke sisi yang berlawanan dengan gerakan. Untuk tubuh yang solid yang sama, gaya geser geser kira-kira sebanding dengan kekuatan yang menekan satu tubuh ke tubuh lain, I.E., Kekuatan tekanan normal satu tubuh ke titik tegak lurus di mana tubuh ini bersentuhan:
. (2.15)
Koefisien proporsionalitas disebut koefisien gesekan geser, tergantung pada material dan keadaan permukaan gosok. Saat memecahkan banyak tugas praktis, Anda dapat mempertimbangkan koefisien gesekan nilai konstan dengan akurasi yang dapat diterima.
Gaya gesekan bertindak pada tubuh dalam cairan atau gas F v.ter., Serta kekuatan gesekan antara permukaan padat selalu diarahkan berlawanan dengan arah pergerakan tubuh dan tergantung pada kecepatan tubuh. Pada kecepatan yang cukup rendah kita dapat mengasumsikan bahwa gaya gesekan sebanding dengan kecepatan tubuh:
dan pada kecepatan gerakan tinggi - persegi kecepatan:
(2.17)
Koefisien bergantung pada sifat-sifat cairan atau gas dan pada bentuk dan ukuran tubuh yang bergerak.
Mengurangi gaya gesekan dapat diganti dengan bergulir: penggunaan roda, rol, bola dan bantalan rol. Koefisien gesekan bergulirpuluhan kali lebih sedikit koefisien gesekan slip. Sangat penting bahwa gaya gesekan bergulir berbanding terbalik dengan jari-jari tubuh yang bergulir. Dalam hal ini, transportasi yang dimaksudkan untuk pergerakan jalan buruk (semua kapal medan), roda memiliki radius besar. Gaya gesekan bergulir F tp.k. Itu diungkapkan oleh formula:
, (2.18)
dimana N. - Kekuatan tekanan normal, R. - Radius dari tubuh yang bergulir, μ - Koefisien gesekan bergulir.
Seperti yang sudah disebutkan di atas, kekuatan gesekan pegangan selalu diarahkan ke arah kecepatan gerakan. Oleh karena itu, akselerasi yang dilaporkan oleh kekuatan gesekan
Membedakan gesekan. di luar ruangan dan lokal.
Gesekan eksternal. Ini terjadi dengan gerakan relatif dari dua padatan kontak (geser geser atau gesekan istirahat).Friksi internal Diamati dengan pergerakan relatif bagian dari tubuh padat yang sama (misalnya, cair atau gas).
Membedakan kering dan cairan (atau kental) gesekan.
Gesekan kering. Ini terjadi antara permukaan benda padat dengan tidak adanya pelumasan.
Cair (kental) disebut gesekan antara media padat dan cair atau gas atau lapisannya.Gesekan kering, pada gilirannya, dibagi menjadi gesekan tergelincir Dan gesekan. berguling-guling.
Pertimbangkan hukum gesekan kering (Gbr. 4.5).
|
Ara. 4.5. |
 Ara. 4.6. |
Kami mendaftar pada tubuh berbaring pada bidang tetap, kekuatan eksternal, secara bertahap meningkatkan modulnya. Awalnya, bilah akan tetap tidak bergerak, itu berarti bahwa kekuatan luar didukung oleh beberapa kekuatan yang diarahkan oleh garis singgung permukaan yang berlawanan. Dalam hal ini, ada kekuatan gesekan istirahat.
Telah ditetapkan bahwa kekuatan maksimum gesekan perdamaian tidak tergantung pada bidang badan kontak dan kira-kira sebanding dengan modul kekuatan tekanan normal N.:
μ 0 – koefisien gesekan istirahattergantung pada sifat dan kondisi gosok.
Ketika modul kekuatan eksternal, dan oleh karena itu, modul Force Force Peace akan melebihi nilai F. 0, tubuh akan mulai meluncur pada dukungan - gesekan istirahat F. Tr. Pok akan diganti dengan slip gesekan F. SC (Gbr. 4.6):
| F tr \u003d μ N., | (4.4.1) |
Di mana μ adalah koefisien gesekan geser.
Gesekan geser terjadi antara tubuh bulat dan permukaan di mana gulungannya. Kekuatan pertumbuhan bergulir tunduk pada hukum yang sama dengan stroke geser, tetapi koefisien gesekan μ; Ini jauh lebih kecil di sini.
Baca lebih lanjut Pertimbangkan kekuatan gesekan geser pada bidang miring (Gbr. 4.7).
Ada tiga kekuatan pada tubuh yang terletak di bidang miring dengan gesekan kering: kekuatan gravitasi, kekuatan normal reaksi dukungan dan kekuatan gesekan kering. Kekuatannya adalah kekuatan yang dihasilkan dan; Itu diarahkan ke bawah, di sepanjang bidang cenderung. Dari Gambar. 4.7 Dapat dilihat itu
| F \u003d mg. dosa α. N \u003d mg. Karena α. |
 Ara. 4.7. |
- Tubuh tetap tertuju pada bidang miring. Sudut kemiringan maksimum α ditentukan dari kondisi ( F. Tr) max \u003d F. atau μ. mg. cosα \u003d. mg. SINα, oleh karena itu, TG α max \u003d μ, di mana μ adalah koefisien gesekan kering. F. Tr \u003d μ. N. = mg. cosα.
F \u003d mg. SINα.
Dengan α\u003e α max bodi akan bergulir dengan akselerasi
a \u003d g. (SINα - μ cosα),
F. Sk \u003d. mA. = F - F. Tr.
Jika kekuatan tambahan F. VN, diarahkan sepanjang bidang cenderung, diterapkan pada tubuh, sudut kritis α maks dan percepatan tubuh akan tergantung pada ukuran dan arah kekuatan eksternal ini.
Apa itu koefisien gesekan dalam fisika dan apa yang terhubung dengannya? Bagaimana cara menghitung nilai ini? Apa yang secara numerik sama dengan koefisien gesekan? Ini dan beberapa masalah lain yang mempengaruhi topik utama, kami akan memberikan jawaban selama artikel. Tentu saja, kami akan menganalisis dan contoh konkret di mana kami menghadapi fenomena di mana koefisien gesekan muncul.
Apa itu gesekan?
Gesekan adalah salah satu jenis interaksi yang terjadi antara badan material. Ada proses gesekan antara dua tubuh ketika mereka berhubungan dengan satu atau area permukaan lainnya. Seperti banyak jenis interaksi lain, gesekan ada secara eksklusif dengan cahaya hingga hukum Newton ketiga. Bagaimana cara kerjanya? Ambil dua tubuh yang benar-benar ada. Biarkan itu dua pengaturan kayu ukuran sedang.
Mari mulailah melakukan teman mereka oleh seorang teman, melakukan kontak di kotak. Anda akan memperhatikan bahwa untuk memindahkannya relatif satu sama lain akan menjadi jauh lebih sulit daripada hanya memindahkannya ke udara. Di sini, koefisien gesekan mulai memainkan perannya. Dalam hal ini, kami benar-benar dengan tenang mengatakan bahwa gaya gesekan dapat dijelaskan oleh Hukum Newton ketiga: diterapkan pada badan pertama akan sama dengan numerik (modul, karena mereka suka berbicara dalam fisika) gesekan yang sama dengan tubuh kedua . Tetapi kita tidak akan lupa bahwa dalam hukum ketiga Newton ada minus yang mengatakan bahwa kekuatan meskipun sama satu sama lain dalam modul, tetapi diarahkan ke arah yang berbeda. Dengan demikian, kekuatan gesekan adalah vektor.
Sifat kekuatan gesekan
Slip Force Force.
Sebelumnya, dikatakan bahwa jika kekuatan eksternal melebihi nilai maksimum tertentu yang diizinkan untuk sistem yang sesuai, maka tubuh yang termasuk dalam sistem seperti itu akan bergerak relatif satu sama lain. Akankah satu tubuh dipindahkan atau dua, atau lebih - semua ini tidak masalah. Penting bahwa dalam hal ini ada kekuatan stroke yang kuat. Jika kita berbicara tentang arahnya, itu diarahkan ke samping, yang berlawanan dengan arah geser (atau gerakan). Itu tergantung pada kecepatan relatif apa yang memiliki tubuh. Tapi ini jika Anda pergi ke berbagai jenis nuansa fisik.
Perlu dicatat bahwa dalam kebanyakan kasus itu adalah kebiasaan untuk mempertimbangkan kekuatan gesekan slip independen pada kecepatan satu tubuh relatif terhadap yang lain. Juga sama sekali tidak terhubung dengan nilai maksimum gaya gesekan istirahat. Sejumlah besar masalah fisik diselesaikan dengan tepat dengan menggunakan model perilaku serupa, yang memungkinkan untuk secara signifikan memfasilitasi proses pengambilan keputusan.
Apa koefisien slip gesekan?
Ini tidak lebih dari koefisien proporsionalitas yang ada dalam rumus yang menggambarkan proses penerapan gaya gesekan menjadi satu atau badan lain. Koefisien adalah nilai tanpa dimensi. Dengan kata lain, itu dinyatakan secara eksklusif dengan angka. Ini tidak diukur dalam kilogram, meter atau sesuatu yang lain. Hampir dalam semua kasus, koefisien gesekan secara numerik kurang dari satu.
Apa itu tergantung?
Koefisien geser geser dari dua faktor tergantung: pada materi apa yang dibuat tubuh, yang menjalani kontak, dan juga dari bagaimana permukaannya diperlakukan. Ini dapat timbul, halus, dan beberapa zat khusus dapat diterapkan pada itu, yang akan atau berkurang, atau meningkatkan gesekan.
Bagaimana gesekan?
Ini diarahkan ke samping, yang berlawanan dengan arah pergerakan dua atau lebih tubuh yang menyentuh. Vektor arah diterapkan oleh garis singgung.
Jika kontak terjadi antara tubuh dan cairan yang solid
Jika tubuh padat dengan cairan (atau volume gas) terjadi, kita dapat berbicara tentang munculnya yang disebut kekuatan gesekan vencous. Tentu saja, secara numerik secara signifikan kurang dari kekuatan gesekan kering. Tetapi arahnya (vektor tindakan) dipertahankan sama. Dalam kasus gesekan kental, mereka tidak perlu berbicara tentang perdamaian.
Kekuatan yang sesuai dengan kecepatan tubuh dikaitkan. Jika kecepatannya kecil, gaya akan sebanding dengan kecepatan. Jika tinggi, maka itu akan sebanding dengan kuadrat kecepatan. Koefisien proporsionalitas akan terkait erat dengan bentuk apa yang memiliki tubuh di antara kontak mana yang terjadi.
Kasus-kasus kekuatan gesekan lainnya
Proses ini terjadi dan ketika memerangi tubuh apa pun. Tetapi biasanya mereka mengabaikannya dalam tugas-tugas, karena pertumbuhan gesekan bergulir cukup dan sangat kecil. Ini, pada kenyataannya, menyederhanakan proses memecahkan tugas-tugas yang sesuai, meskipun tetap memiliki tingkat akurasi respons akhir yang cukup.
Friksi internal
Proses ini juga disebut dalam fisika dengan kata alternatif "viskositas". Bahkan, itu adalah cabang fenomena transfer. Proses ini khas tubuh cairan. Selain itu, ini bukan hanya tentang cairan, tetapi juga tentang zat gas. Properti viskositas terletak pada resistensi ketika mentransfer satu bagian dari zat relatif terhadap yang lain. Pada saat yang sama, pekerjaan yang diperlukan untuk pergerakan partikel itu logis. Tapi itu hilang di ruang sekitar dalam bentuk panas.
Hukum yang menentukan kekuatan gesekan vencous diusulkan oleh Isaac Newton. Itu terjadi pada 1687. Hukum dan hari ini mengenakan nama ilmuwan hebat. Tetapi semua ini hanya secara teori, dan konfirmasi eksperimental hanya diperoleh pada awal abad ke-19. Eksperimen yang relevan diletakkan di atas liontin, Hagen dan Poazeil.
Jadi, kekuatan gesekan kental, yang berdampak pada fluida, sebanding dengan kecepatan relatif lapisan, serta daerah. Pada saat yang sama, itu berbanding terbalik dengan jarak di mana lapisan ditempatkan relatif satu sama lain. Koefisien gesekan internal adalah koefisien proporsionalitas, yang dalam hal ini ditentukan oleh varietas gas atau zat cair.
Koefisien lain akan ditentukan dengan cara yang sama, yang berlangsung dalam situasi dengan gerakan relatif dua aliran. Ini, masing-masing, koefisien gesekan hidraulik.
Sudut dan gesekan kerucut.Banyak tantangan pada keseimbangan tubuh pada permukaan kasar di hadapan gaya gesekan, lebih mudah dipecahkan secara geometris. Untuk tujuan ini, konsep sudut dan kerucut gesekan digunakan.
Biarkan tubuh yang solid di bawah aksi pasukan aktif berada pada permukaan kasar dalam kondisi keseimbangan yang membatasi, I.E. Negara seperti itu, ketika gaya gesekan mencapai nilai terbesarnya pada nilai reaksi normal (Gbr. 8.4). Dalam hal ini, reaksi total permukaan kasar ditolak dari normal ke total garis singgung permukaan gosok ke sudut terbesar.
Sudut φ antara total reaksi tubuh kasar dan arah reaksi normal disebut sudut gesekan. Sudut gesekan φ tergantung pada koefisien gesekan, I.E.
akibatnya, tgφ \u003d ƒ, mis. tingginya singgung dari sudut gesekan sama dengan koefisien gesekan slip.
Kerucut gesekan disebut kerucut yang dijelaskan oleh reaksi total di sekitar arah reaksi normal. Ini dapat diperoleh dengan mengubah kekuatan aktif sehingga tubuh pada permukaan kasar berada dalam batas posisi keseimbangan, berusaha untuk keluar dari keseimbangan di semua arah yang mungkin berbaring di bagian singgasana total permukaan. Jika koefisien gesekan ke segala arah adalah sama, maka kerucut gesekan melingkar.
Jika tidak setara, maka kerucut gesekan necrow, misalnya, dalam kasus ketika sifat-sifat menghubungi permukaan berbeda (karena arah serat tertentu atau, tergantung pada arah pengobatan permukaan tubuh, jika Pemrosesan terjadi pada mesin planer, dll.).
Untuk keseimbangan tubuh pada permukaan yang kasar, perlu dan cukup bahwa garis aksi dari kekuatan aktif yang dihasilkan yang bertindak pada tubuh melewati kerucut gesekan atau dalam kondisi batas dengan membentuknya melalui verteks (Gbr . 8.5).
Tubuh tidak dapat output dari keseimbangan modul apa pun untuk gaya aktif jika lini aksi berlalu di dalam gesekan kerucut, I.E. SEBUAH.<φ.
Jika lini aksi kekuatan aktif yang sama tidak melewati kerucut gesekan atau dengan membentuknya, yaitu sEBUAH. \u003e φ (Gbr. 8.5), tubuh pada permukaan kasar tidak boleh dalam keseimbangan, Q\u003e F.
Tugas 1.Pada tubuh yang terletak di permukaan horizontal kasar, gaya pada sudut tapi \u003d 10 °. Menentukan apakah tubuh akan keluar dari posisi keseimbangan jika koefisien gesekan f.\u003d 0,2 (Gbr. 4).
Keputusan. Untuk sistem datar yang seimbang dengan kekuatan konvergen, dua persamaan keseimbangan dapat dibuat:
Temukan dari (2)
,
.
Dari dulu 
, atau 
. Kemudian.
Karena gaya diterapkan pada sudut, lebih sedikit sudut gesekan, tubuh tidak akan keluar dari posisi ekuilibrium.
Tugas 2.Tubuh dengan berat 100. N. Pegang pesawat miring kasar dengan paksa T.(Gbr. 5). Selipkan koefisien gesekan antara tubuh dan pesawat f.\u003d 0,6. Tentukan nilai daya T. Ketika tubuh adalah keseimbangan di pesawat, jika sEBUAH. \u003d 45 °.
Keputusan. Dua kasus keseimbangan tubuh dimungkinkan dan, dengan demikian, dua nilai kekuatan batas T. Dengan dua arah gaya gesekan:
,
di mana koefisien yang memperhitungkan arah gerakan, \u003d ± 1.
Menata untuk sistem arbitrer yang rata dari kekuatan dua persamaan keseimbangan.
