תוֹכֶן
משטחים מפעילים כוח חיכוך המתנגד לתנועות הזזה, ועליך לחשב את גודל הכוח הזה כחלק מבעיות פיזיקליות רבות. כמות החיכוך תלויה בעיקר ב"כוח הנורמלי ", המשטחים המפעילים על העצמים היושבים עליהם, כמו גם במאפייני המשטח הספציפי שאתה שוקל. לרוב המטרות אתה יכול להשתמש בנוסחה ו = μN לחישוב חיכוך, עם נ עומד לכוח ה"רגיל "ו"μשילוב מאפייני המשטח.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
חשב את כוח החיכוך בעזרת הנוסחה:
ו = μN
איפה נ הוא הכוח הנורמלי μ הוא מקדם החיכוך לחומרים שלך והאם הם נייחים או נעים. הכוח הנורמלי שווה למשקל העצם, כך שניתן לכתוב את זה גם:
ו = מיקרומטר
איפה M הוא מסת האובייקט ו- ז היא ההאצה בגלל כוח המשיכה. החיכוך פועל כדי להתנגד לתנועת האובייקט.
מה זה חיכוך?
החיכוך מתאר את הכוח בין שני משטחים כשאתה מנסה להעביר זה לזה. הכוח מתנגד לתנועה, וברוב המקרים הכוח פועל בכיוון ההפוך לתנועה. למטה ברמה המולקולרית, כשאתה לוחץ על שני משטחים זה לזה, פגמים קלים בכל משטח יכולים להשתלב, וייתכנו כוחות אטרקטיביים בין מולקולות של חומר אחד לשני. גורמים אלה מקשים על מעברם זה על זה. עם זאת אתה לא עובד ברמה הזו כשמחשב את כוח החיכוך. במצבים יומיומיים, פיזיקאים מקבצים את כל הגורמים הללו יחד ב"מקדם " μ.
חישוב כוח החיכוך
הכוח ה"נורמלי "מתאר את הכוח עליו משטח האובייקט מונח (או נלחץ עליו) על האובייקט. עבור חפץ דומם על משטח שטוח, על הכוח להתנגד בדיוק לכוח בגלל כוח הכבידה, אחרת האובייקט היה זז, על פי חוקי התנועה של ניוטון. הכוח ה"נורמלי "(נ) הוא השם לכוח שעושה זאת.
זה תמיד פועל בניצב לפני השטח. המשמעות היא שעל משטח נוטה, הכוח הנורמלי עדיין יצביע ישירות הרחק מהשטח, ואילו כוח הכובד היה מכוון ישירות כלפי מטה.
ניתן לתאר את הכוח הרגיל ברוב המקרים על ידי:
נ = מ"ג
פה, M מייצג את מסת האובייקט, ו ז מייצג את ההאצה בגלל כוח הכבידה, שהוא 9.8 מטר לשנייה בשנייה (m / s2), או רשתות נטו לקילוגרם (N / kg). זה פשוט תואם את "המשקל" של האובייקט.
עבור משטחים נוטים כוחו של הכוח הרגיל מצטמצם ככל שהמשטח נוטה יותר, כך הנוסחה הופכת:
נ = מ"ג cos (θ)
עם θ עומדת בזווית שהמשטח נוטה אליו.
לצורך חישוב פשוט, שקול משטח שטוח עם גוש עץ של 2 ק"ג שיושב עליו. הכוח הנורמלי היה מכוון ישירות כלפי מעלה (כדי לתמוך במשקל החסימה), ותחשבו:
נ = 2 ק"ג × 9.8 N / ק"ג = 19.6 N
המקדם תלוי באובייקט ובמצב הספציפי שאתה עובד איתו. אם האובייקט כבר לא נע על פני השטח, אתה משתמש במקדם החיכוך הסטטי μסטטי, אבל אם זה זז אתה משתמש במקדם החיכוך הזזה μשקופית.
באופן כללי, מקדם החיכוך הזזה הוא קטן יותר ממקדם החיכוך הסטטי. במילים אחרות, קל יותר להחליק משהו שכבר מחליק מאשר להחליק משהו שדומם.
החומרים שאתה שוקל משפיעים גם על המקדם. לדוגמה, אם גוש העץ מקודמתו היה על משטח לבנים, המקדם היה 0.6, אך עבור עץ נקי הוא יכול להיות בכל מקום בין 0.25 ל 0.5. עבור קרח על קרח, המקדם הסטטי הוא 0.1. שוב, מקדם הזזה מקטין זאת עוד יותר, ל -03 עבור קרח על קרח ו- 0.2 לעץ על עץ. חפש את אלה על פני השטח שלך באמצעות טבלה מקוונת (ראה משאבים).
הנוסחה לכוח החיכוך קובעת:
ו = μN
לדוגמא, שקול גוש עץ בעל מסה של 2 ק"ג על שולחן עץ שנדחף ממצב. במקרה זה אתה משתמש במקדם הסטטי, עם μסטטי = 0.25 עד 0.5 לעץ. לוקח μסטטי = 0.5 כדי למקסם את ההשפעה הפוטנציאלית של חיכוך, וזכירת ה- נ = 19.6 N מקודם, הכוח הוא:
ו = 0.5 × 19.6 N = 9.8 N
זכור כי החיכוך מספק רק כוח להתנגד לתנועה, כך שאם תתחיל לדחוף אותו בעדינות ולהתחזק, כוח החיכוך יגדל לערך מקסימאלי, וזה מה שרק חישבת. פיזיקאים כותבים לפעמים ומקסימום להבהיר נקודה זו.
ברגע שהבלוק נע, אתה משתמש μשקופית = 0.2, במקרה זה:
ושקופית = μשקופית נ
= 0.2 × 19.6 N = 3.92 N