Friksjon er en kraft som motstår relativ bevegelse, og den oppstår i grensesnittet mellom kroppene, men også inne i kroppene, som i tilfelle av væsker. Konseptet med friksjonskoeffisient ble først formulert av Leonardo da Vinci. Størrelsen på friksjonskoeffisienten bestemmes av egenskapene til overflatene, omgivelsene, overflateegenskaper, tilstedeværelse av smøremiddel, etc.

Friksjonslover

Det er fem friksjonslover, og de er:

• Friksjonen til det bevegelige objektet er proporsjonal og vinkelrett på normalkraften.

• Friksjonen som gjenstanden opplever er avhengig av overflaten den er i kontakt med.

• Friksjon er uavhengig av kontaktområdet så lenge det er et kontaktområde.

• Kinetisk friksjon er uavhengig av hastighet.

• Koeffisienten for statisk friksjon er større enn koeffisienten for kinetisk friksjon.

Når vi ser en gjenstand, kan vi se den glatte overflaten, men når den samme gjenstanden sees under et mikroskop, kan det sees at selv den glatte gjenstanden har grove kanter. Små åser og riller kan sees gjennom mikroskopet, og de er kjent som uregelmessigheter i overflaten. Så når den ene gjenstanden flyttes over den andre, blir disse uregelmessighetene på overflaten viklet inn, noe som gir opphav til friksjon. Mer ruhet, mer vil uregelmessighetene og større kraft vil være.

Statisk friksjon

Det er flere teorier om årsakene til statisk friksjon, og som de fleste friksjonsrelaterte konsepter, viser hver enkelt seg gyldig under noen forhold, men mislykkes under andre omstendigheter. For virkelige applikasjoner (spesielt de som er relatert til industrielle maskiner og bevegelse). Kontroller de to mest aksepterte teoriene bak statisk friksjon har å gjøre med den mikroskopiske ruheten til overflater.

Uansett hvor perfekt en overflate er maskinert, ferdigbehandlet og rengjort, vil den uunngåelig ha ujevnheter – i hovedsak ruhet, bestående av topper og daler, omtrent som en fjellkjede. (Teknisk sett er toppene ujevnhetene.) Når to overflater er i kontakt, kan det se ut til at de har et stort, veldefinert kontaktområde, men i virkeligheten skjer kontakt bare på visse steder – det vil si hvor ujevnhetene til begge overflatene forstyrrer.

Summen av disse små kontaktområdene mellom skjevhetene omtales som det reelle eller effektive kontaktområdet. Fordi disse individuelle kontaktområdene er svært små, er trykket (trykk = kraft ÷ område) mellom overflatene ved disse punktene svært høyt. Dette ekstreme trykket gjør at adhesjon kan oppstå mellom overflatene, via en prosess kjent som kaldsveising, som skjer på molekylært nivå. Før overflatene kan bevege seg i forhold til hverandre, må bindingene som forårsaker denne vedheften brytes.

I tillegg betyr ruheten til overflatene at på noen steder vil skjevhetene på den ene overflaten legge seg ned i dalene på den andre overflaten – med andre ord vil overflatene låse seg sammen.

Disse sammenlåste områdene må brytes eller plastisk deformeres før overflatene kan bevege seg. Det må med andre ord oppstå slitasje. Så i de fleste bruksområder er statisk friksjon forårsaket av både adhesjon og slitasje av kontaktflatene.

Lover for statisk friksjon

Det er to lover for statisk friksjon:

1. Første lov: Den maksimale kraften til statisk friksjon er ikke avhengig av kontaktområdet.
2. Andre lov: Den maksimale kraften for statisk friksjon er komparativ med normalkraften, dvs. hvis normalkraften øker, øker også den maksimale ytre kraften som objektet kan tåle uten å bevege seg.

Avledning for formelen for statisk friksjon

La oss vurdere en vektblokk mg som ligger på en horisontal overflate som vist på figuren. Når en kropp trykker mot en overflate, deformeres overflaten selv om den ser ut til å være stiv. Den deformerte overflaten skyver kroppen med en normalkraft R som er vinkelrett på overflaten. Dette kalles normal reaksjonskraft. Det balanserer mg altså

R = mg

La oss nå vurdere at en kraft P påføres blokken. Det er klart at kroppen forblir i ro fordi en annen kraft F spiller inn i horisontal retning og motvirker den påførte kraften P, noe som resulterer i netto kraft null på kroppen. Denne kraften F som virker langs kroppens overflate i kontakt med bordets overflate kalles friksjonskraft.

Så så lenge kroppen ikke beveger seg F = P. Dette betyr at hvis vi øker P, øker friksjonen F også, og forblir alltid lik P.

Denne friksjonskraften som spiller inn til selve bevegelsen har startet er kjent som statisk friksjon.

Statisk friksjonskoeffisient

Statisk friksjon er friksjon som oppleves når en gjenstand plasseres på en overflate. Og kinetisk friksjon skyldes bevegelsen til et objekt på en overflate. Friksjon er godt karakterisert av friksjonskoeffisienten og forklares som forholdet mellom friksjonskraften og normalkraften. Dette hjelper objektet til å ligge på en overflate. Koeffisienten for statisk friksjon er en skalar størrelse og betegnes som μ_s.

Formelen for koeffisienten for statisk friksjon er uttrykt som

mu_{s} = frac{F}{N}

Hvor

m _s = statisk friksjonskoeffisient

F = statisk friksjonskraft

N = normalkraft

Kinetisk friksjon

Kinetisk friksjon er definert som en kraft som virker mellom bevegelige overflater. Et legeme som beveger seg på overflaten opplever en kraft i motsatt retning av bevegelsen. Kraftens størrelse vil avhenge av koeffisienten for kinetisk friksjon mellom de to materialene.

Friksjon er lett å definere som kraften som holder tilbake en glidende gjenstand. Den kinetiske friksjonen er en del av alt, og den forstyrrer bevegelsen til to eller flere objekter. Kraften virker i motsatt retning av måten et objekt ønsker å gli.

Hvis en bil må stoppe, setter vi på bremser og det er akkurat der friksjonen spiller inn. Når man går, når man plutselig ønsker å stoppe opp, er friksjon å takke igjen. Men når vi må stoppe midt i en sølepytt, blir ting vanskeligere siden friksjonen er mindre der og ikke kan hjelpe en så mye.

Å overvinne den statiske friksjonen mellom to overflater fjerner i hovedsak både de molekylære hindringene (kaldsveising mellom skråninger) og, til en viss grad, de mekaniske hindringene (interferens mellom overflatenes ujevnheter og daler) for bevegelse. Når bevegelse først er igangsatt, fortsetter noe slitasje å oppstå, men på et mye lavere nivå enn under statisk friksjon og den relative hastigheten mellom overflatene gir utilstrekkelig tid for ytterligere kaldsveising (bortsett fra ved ekstremt lav hastighet).

Når det meste av adhesjonen og slitasjen overvinnes for å indusere bevegelse, reduseres motstanden mot bevegelse mellom overflatene, og overflatene beveger seg nå under påvirkning av kinetisk friksjon, som er mye lavere enn statisk friksjon.

Lover om kinetisk friksjon

Det er fire lover for kinetisk friksjon:

1. Første lov: Kraften til kinetisk friksjon (F_k) er direkte proporsjonal med den normale reaksjonen (N) mellom to overflater i kontakt. Hvor, m _k = konstant kalt kinetisk friksjonskoeffisient.
2. Andre lov: Kraften til kinetisk friksjon er uavhengig av form og tilsynelatende areal på overflatene i kontakt.
3. Tredje lov: Det avhenger av naturen og materialet til overflaten i kontakt.
4. Fjerde lov: Den er uavhengig av hastigheten til objektet i kontakt forutsatt at den relative hastigheten mellom objektet og overflaten ikke er for stor.

Formel for kinetisk friksjon

Kinetisk friksjonskoeffisienten er betegnet med den greske bokstaven mu ( m ), med et underskrift k. Kraften til kinetisk friksjon er m _k ganger normalkraften på en kropp. Det er uttrykt i Newton (N).

Den kinetiske friksjonsligningen kan skrives som:

Kraft for kinetisk friksjon = (kinetisk friksjonskoeffisient) (normal kraft)

F _k = m _k h

Hvor,

F _k = kraft av kinetisk friksjon

m _k kinetisk friksjonskoeffisient

h = normal kraft (gresk bokstav eta)

Avledning for formelen for kinetisk friksjon

La oss vurdere en vektblokk mg liggende på en horisontal flate som vist på figuren. Når en kropp trykker mot en overflate, deformeres overflaten selv om den ser ut til å være stiv. Den deformerte overflaten presser kroppen med en normal kraft R som er vinkelrett på overflaten. Dette kalles normal reaksjonskraft. Det balanserer mg altså R = mg .

fjærstøvel

La oss nå betrakte det som en kraft P påføres på blokken som vist. Klart kroppen forblir i ro fordi noen annen kraft F spiller inn i horisontal retning og motvirker den påførte kraften P resulterer i netto kraft null på kroppen. Denne kraften F som virker langs overflaten av kroppen i kontakt med overflaten av bordet kalles friksjonskraft .

Så lenge kroppen ikke beveger seg F = P . Dette betyr at hvis vi øker P, øker også friksjonen F, og forblir alltid lik P.

Når vi øker den påførte kraften litt utover begrensende friksjon, starter den faktiske bevegelsen. Det betyr ikke at friksjonen har forsvunnet. Det betyr bare at kraften har overvunnet den begrensende friksjonen. Denne friksjonskraften på dette stadiet er kjent som kinetisk friksjon eller dynamisk friksjon.

Kinetisk friksjon eller dynamisk friksjon er den motsatte kraften som spiller inn når kroppen faktisk beveger seg over overflaten til en annen kropp.

Anvendelse av statisk og kinetisk friksjon

Anvendelser av statisk friksjon

Noen virkelige eksempler på statisk friksjon er gitt i punktene nedenfor:

• Papirer på en bordplate
• Et håndkle hengende på et stativ
• Et bokmerke i en bok
• En bil parkert på en høyde

Anvendelser av kinetisk friksjon

Noen virkelige eksempler på kinetisk friksjon er gitt i punktene nedenfor.

• Friksjon spiller også en stor rolle i hverdagslige hendelser som mens gniding av to gjenstander finner sted. Den resulterende bevegelsen konverteres til varme og resulterer dermed i brann i noen tilfeller.
• Den er også ansvarlig for slitasje og det er derfor vi trenger olje for å smøre maskindeler, da det reduserer friksjonen.
• Når to gjenstander gnis mot hverandre, omdannes friksjonskraften til termisk energi, som i få tilfeller gir opphav til brann
• Kinetisk friksjon er ansvarlig for slitasje på maskindeler, derfor er det viktig å smøre maskindelene med olje.

Forskjellen mellom statisk og kinetisk friksjon

Prøveproblemer basert på statisk og kinetisk friksjon

Spørsmål 1: En mann skyver stor papp med masse 75,0 kg boks over gulvet.

Løsning:

Kinetisk friksjonskoeffisienten er μ_k= 0,520

Arbeideren utøver en kraft på 400,0 N fremover.

Hva er størrelsen på friksjonskraften?

Svar: På en flat overflate kan normalkraften til et objekt bli funnet ut av formelen

h = mg

Ved å erstatte verdien av η i ligningen F_k= m_kη, vi får

F_k= (0,520) (75,0 kg) (9,80 m/s²) = 382,2N

Spørsmål 2: I spørsmålet ovenfor, beregne nettokraften som beveger boksen?

Løsning:

Nettokraften som virker på et legeme er summen av alle kreftene som virker på kroppen.

I dette tilfellet er kreftene som virker på kroppen kraften som utøves av mannen og den kinetiske friksjonen som virker i motsatt retning.

Hvis foroverbevegelsen anses som positiv, beregnes nettokraften som følger:

F_nett= F_arbeider– F_k

Ved å erstatte verdiene i ligningen ovenfor får vi

F_nett= 400 N – 382,2 N = 17,8 N

Spørsmål 3: Hvorfor opplever rullende bevegelse friksjon?

Svar:

I teorien får en ball punktkontakt med overflaten.

Men i virkeligheten deformeres ballen (og/eller overflaten) på grunn av belastningen, og kontaktområdet blir elliptisk.

I teorien skal rulleflater, slik som de som finnes i de fleste roterende og lineære lagre (unntatt glidelagre), ikke møte friksjonskrefter.

Men i virkelige applikasjoner forårsaker tre faktorer friksjon i rullende overflater:

1. Mikroslip mellom overflatene (flatene glir i forhold til hverandre)

2. Uelastiske egenskaper (dvs. deformasjon) til materialene

3. Ruhet på overflatene

Spørsmål 4: En gjenstand med en masse på 10 kg plasseres på en jevn overflate. Statisk friksjon mellom disse to flatene er gitt som 15 N. Finn koeffisienten for statisk friksjon?

Løsning:

Gitt

m = 10 kg

F = 15 N

m_s= ?

Vi vet det,

Normalkraft, N = mg

Så N = 10 × 9,81 = 98,1 N

Formelen for statisk friksjonskoeffisient er,

m_s= 15/N

singleton design mønster java

m_s= 15/98,1

m _s = 0,153

Spørsmål 5: Normalkraften og den statiske friksjonskraften til en gjenstand er henholdsvis 50 N og 80 N. Finne koeffisienten for statisk friksjon?

Løsning:

Gitt

N = 50 N

F = 80 N og μ_s= ?

Formelen for statisk friksjonskoeffisient er

m_s= F/N

m_s= 80/50

m_s= 1,6

Spørsmål 6: Hva er forholdet mellom statisk og kinetisk friksjon?

Svar:

Kraften til statisk friksjon holder en stasjonær gjenstand i ro. Når kraften til statisk friksjon er overvunnet, er kraften til kinetisk friksjon det som bremser et objekt i bevegelse.

Spørsmål 7: Et kjøleskap veier 1619 N og den statiske friksjonskoeffisienten er 0,50. Hva er den minste kraften som brukes for å flytte kjøleskapet?

Løsning:

Oppgitte data:

Kjøleskapets vekt, B=1619 N

B=1619 N

Statisk friksjonskoeffisient, μ_s= 0,50

Minimumskraften som trengs for å flytte kjøleskapet kan gis som,

F = m_sI

F = 0,50 × 1619

F = 809,50 N.