La fricció és el procés físic sense el qual el mateix moviment al nostre món no podria existir. En física, per calcular el valor absolut de la força de fregament, cal conèixer un coeficient especial per a les superfícies de fregament considerades. Com trobar el coeficient de fricció? Aquest article respondrà aquesta pregunta.
La fricció en física
Abans de respondre a la pregunta de com trobar el coeficient de fricció, cal considerar què és la fricció i quina força es caracteritza.
En física, hi ha tres tipus d'aquest procés que es produeix entre objectes sòlids. Aquesta és la fricció de repòs, lliscament i rodament. La fricció sempre es produeix quan una força externa intenta moure un objecte. La fricció lliscant, com el seu nom indica, es produeix quan una superfície llisca sobre una altra. Finalment, la fricció de rodament es produeix quan un objecte rodó (roda, bola) roda per una superfície.
El que tenen en comú tots els tipus és que impedeixen a qualsevolmoviment i el punt d'aplicació de les seves forces es troba a la zona de contacte entre les superfícies de dos objectes. A més, tots aquests tipus converteixen l'energia mecànica en calor.
Les forces de lliscament i la fricció estàtica són causades per la rugositat microscòpica de les superfícies que es freguen. A més, aquests tipus es deuen a interaccions dipol-dipol i altres tipus d'interaccions entre àtoms i molècules que formen cossos de fregament.
La causa de la fricció de rodament està relacionada amb la histèresi de deformació elàstica que apareix en el punt de contacte entre l'objecte rodant i la superfície.
Força de fricció i coeficient de fricció
Els tres tipus de forces de fricció sòlides es descriuen mitjançant expressions que tenen la mateixa forma. Aquí està ella:
Ft=µtN.
Aquí N és la força que actua perpendicularment a la superfície del cos. S'anomena reacció de suport. El valor µt- s'anomena coeficient del tipus de fricció corresponent.
Els coeficients de fricció de lliscament i repòs són quantitats adimensionals. Això es pot entendre observant la igu altat de la força de fricció i el coeficient de fricció. El costat esquerre de l'equació s'expressa en newtons, el costat dret també s'expressa en newtons, ja que N és una força.
Pel que fa a la fricció de rodament, el seu coeficient també serà un valor adimensional, però es defineix com la relació entre la característica lineal de la deformació elàstica i el radi de l'objecte rodant.
S'ha de dir que els valors típics dels coeficients de lliscament i de fricció en repòs són dècimes d'una unitat. Per fricciórodant, aquest coeficient correspon a centèsimes i mil·lèsimes d'una unitat.
Com trobar el coeficient de fricció?
El coeficient µtdepèn d'una sèrie de factors que són difícils de tenir en compte matemàticament. Enumerem alguns d'ells:
- material de les superfícies de fregament;
- qualitat de la superfície;
- la presència de brutícia, aigua, etc.;
- temperatures superficials.
Per tant, no hi ha una fórmula per a µt i s'ha de mesurar experimentalment. Per entendre com trobar el coeficient de fricció, s'ha d'expressar a partir de la fórmula de Ft. Tenim:
µt =Ft/N.
Resulta que per conèixer µtcal trobar la força de fricció i suportar la reacció.
L'experiment corresponent es realitza de la següent manera:
- Agafeu un cos i un avió, per exemple, de fusta.
- Enganxa el dinamòmetre al cos i mou-lo uniformement per la superfície.
Al mateix temps, el dinamòmetre mostra una mica de força, que és igual a Ft. La reacció del sòl és igual al pes del cos sobre una superfície horitzontal.
El mètode descrit us permet entendre quin és el coeficient de fricció estàtica i de lliscament. De la mateixa manera, podeu determinar experimentalment µtrolling.
Un altre mètode experimental per determinar µt es presenta en forma de problema al paràgraf següent.
Problema per calcular µt
La biga de fusta està a la superfície de vidre. En inclinar suaument la superfície, vam trobar que el lliscament de la biga comença amb un angle d'inclinació de 15o. Quin és el coeficient de fricció estàtica d'un parell de fusta-vidre?
Quan el feix estava en un pla inclinat a 15o, aleshores la força de fricció de la resta tenia un valor màxim. És igual a:
Ft=mgsin(α).
La força N està determinada per la fórmula:
N=mgcos(α).
Aplicant la fórmula per a µt, obtenim:
µt=Ft/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).
Substituint l'angle α, arribem a la resposta: µt=0, 27.
