frecare este rezistența la deplasarea unei suprafețe fiind în contact cu alta. Este un fenomen de suprafață care apare între materialele solide, lichide și gazoase. Forța de rezistență tangențială la două suprafețe în contact, care se opune direcției deplasării relative dintre suprafețele menționate, se mai numește forță de frecare sau forță de frecare Fr.
Pentru a deplasa un corp solid pe o suprafață, trebuie aplicată o forță externă care poate depăși fricțiunea. Când corpul se mișcă, forța de frecare acționează asupra corpului, încetinindu-l și chiar îl poate opri..
Forța de frecare poate fi reprezentată grafic prin diagrama forței unui corp în contact cu o suprafață. În această diagramă, forța de frecare Fr este trasă opunându-se componentei forței aplicate asupra corpului tangențială la suprafață.
Suprafața de contact exercită o forță de reacție asupra corpului numită forță normală N. În unele cazuri, forța normală se datorează doar greutății P a corpului care se sprijină pe suprafață și, în alte cazuri, se datorează forțelor aplicate, altele decât forța gravitațională.
Fricțiunea se produce deoarece există rugozități microscopice între suprafețele în contact. Atunci când se încearcă deplasarea unei suprafețe peste cealaltă, se produce frecare între rugozitățile care împiedică mișcarea liberă la interfață. La rândul său, pierderile de energie apar sub formă de căldură care nu este folosită pentru a mișca corpul.
Indice articol
Există două tipuri principale de frecare: frecare de Coulomb sau frecare uscată și frecare fluidă.
Frecare Coulomb se opune întotdeauna mișcării corpurilor și se împarte în două tipuri de frecare: frecare statică și frecare cinetică (sau dinamică).
În fricțiunea statică nu există mișcare a corpului la suprafață. Forța aplicată este foarte mică și nu este suficientă pentru a depăși forța de frecare. Fricțiunea are o valoare maximă proporțională cu forța normală și se numește forță statică de frecare Fre.
Forța de frecare statică este definită ca forța maximă care rezistă la începutul mișcării corpului. Când forța aplicată depășește forța statică de frecare, aceasta rămâne la valoarea maximă.
Fricțiunea cinetică acționează atunci când corpul este deja în mișcare. Forța necesară pentru a menține corpul în mișcare cu frecare se numește forță de frecare cinetică. Frc.
Forța de frecare cinetică este mai mică sau egală cu forța de frecare statică, deoarece odată ce corpul începe să se miște, este mai ușor să continuați să vă mișcați decât să încercați să o faceți în repaus..
Fricțiunea apare și atunci când corpurile se mișcă în contact cu materiale lichide sau gazoase. Acest tip de frecare se numește frecare fluidă și este definit ca rezistența la mișcarea corpurilor în contact cu un fluid.
Fricțiunea fluidului se referă, de asemenea, la rezistența unui fluid la curgerea în contact cu straturile de fluid din același material sau dintr-un material diferit și depinde de viteza și vâscozitatea fluidului. Vâscozitatea este măsura rezistenței la mișcarea unui fluid.
Fricțiunea Stokes este un tip de frecare a fluidului în care particulele sferice scufundate într-un fluid vâscos, în flux laminar, experimentează o forță de frecare care încetinește mișcarea lor din cauza fluctuațiilor din moleculele fluidului..
Debitul este laminar atunci când forțele vâscoase, care se opun mișcării fluidului, sunt mai mari decât forțele inerționale și fluidul se mișcă cu o viteză suficient de mică și pe o cale rectilinie.
Conform primei legi de frecare a Coulomb coeficientul de frecare μ se obține din relația dintre forța de frecare și forța normală la suprafața de contact.
μ = Fr/N
Coeficientul μ este o cantitate adimensională, deoarece este o relație între două forțe, care depinde de natura și tratamentul materialelor în contact. În general, valoarea coeficientului de frecare este între 0 și 1.
Coeficientul de frecare static este constanta de proporționalitate care există între forța care împiedică mișcarea unui corp într-o stare de repaus pe o suprafață de contact și forța normală la suprafață.
μși= Fre/ N
Coeficientul de frecare cinetică este constanta de proporționalitate care există între forța care restricționează mișcarea unui corp care se deplasează pe o suprafață și forța normală la suprafață.
μc= Frc/ N
Coeficientul de frecare static este mai mare decât coeficientul de frecare cinetică.
μs> μc
Coeficientul elastic de frecare este derivat din fricțiunea dintre suprafețele de contact ale materialelor elastice, moi sau aspre care sunt deformate de forțele aplicate. Fricțiunea se opune mișcării relative dintre două suprafețe elastice, iar deplasarea este însoțită de o deformare elastică a straturilor de suprafață ale materialului..
Coeficientul de frecare obținut în aceste condiții depinde de gradul de rugozitate al suprafeței, de proprietățile fizice ale materialelor în contact și de magnitudinea componentei tangențiale a forței de forfecare la interfața materialelor..
Coeficientul de frecare moleculară se obține din forța care restricționează mișcarea unei particule care alunecă pe o suprafață netedă sau printr-un fluid.
Forța de frecare la interfețele solide este calculată folosind ecuația Fr = μN
N este forța normală și μ este coeficientul de frecare.
În unele cazuri, forța normală este egală cu greutatea corpului P. Greutatea se obține înmulțind masa m a corpului prin accelerarea gravitației g.
P= mg
Înlocuirea ecuației greutății în ecuația forței de frecare dă:
Fr = μmg
Atunci când un obiect este în repaus pe o suprafață plană, forța normală este cea exercitată de suprafață asupra corpului și se opune forței datorate gravitației, conform legii de acțiune și reacție a lui Newton..
Forța normală acționează întotdeauna perpendicular pe suprafață. Pe o suprafață înclinată, normalul scade pe măsură ce unghiul de înclinare crește și arată într-o direcție perpendiculară departe de suprafață, în timp ce greutatea indică vertical în jos. Ecuația forței normale pe o suprafață înclinată este:
N = mgcosθ
θ = unghiul de înclinare al suprafeței de contact.
Componenta forței care acționează asupra corpului pentru alunecare este:
F = mgsenθ
Pe măsură ce forța aplicată crește, se apropie de valoarea maximă a forței de frecare, această valoare este cea care corespunde forței de frecare statice. Cand F = Fre, forța de frecare statică este:
Fre= mgsenθ
Și coeficientul de frecare static este obținut de tangenta unghiului de înclinare θ.
μși = soθ
O cutie de 15 kg plasată pe o suprafață orizontală este împinsă de o persoană care aplică o forță de 50 Newton pe o suprafață pentru ao face să se miște și apoi aplică o forță de 25 N pentru a menține cutia în mișcare la o viteză constantă. Determinați coeficienții de frecare statică și cinetică.
Soluție: Cu valoarea forței aplicate pentru a muta cutia, se obține coeficientul de frecare statică μși.
μși= Fre/ N
Forta normala N la suprafață este egal cu greutatea cutiei, deci N = m.g
N = 15 kg x 9,8 m / sDouă
N = 147 Nou
În acest caz, μși= 50Nou / 147Nou
μși= 0,34
Forța aplicată pentru a menține viteza cutiei constantă este forța de frecare cinetică care este egală cu 25 Nou.
Coeficientul de frecare cinetică se obține din ecuație μc= Frc / N
μc= 25Nou / 147Nou
μc= 0,17
Un bărbat aplică o forță unei cutii de 20 kg, cu un unghi de aplicare de 30 ° în raport cu suprafața pe care se sprijină. Care este magnitudinea forței aplicate pentru a muta cutia dacă coeficientul de frecare dintre cutie și suprafață este de 0,5?
Soluție: Forța aplicată și componentele sale verticale și orizontale sunt reprezentate în diagrama corpului liber.
Forța aplicată face un unghi de 30 ° cu suprafața orizontală. Componenta verticală a forței se adaugă la forța normală care afectează forța de frecare statică. Caseta se mișcă atunci când componenta orizontală a forței aplicate depășește valoarea maximă a forței de frecare Fre. Echivalarea componentei orizontale a forței cu cea a fricțiunii statice oferă:
Fre = Fcosθ [1]
Fre= μși.N [Două]
μși.N = Fcosθ [3]
Forța normală nu mai este greutatea corpului datorită componentei verticale a forței.
Conform celei de-a doua legi a lui Newton, suma forțelor care acționează asupra cutiei pe axa verticală este zero, prin urmare componenta verticală a accelerației este laDa= 0. Forța normală se obține din sumă
F sin30 ° + N - P = 0 [4]
P = m.g [5]
F sin 30 ° + N - m.g = 0 [6]
N = m.g - F sin 30 ° [7]
Înlocuirea ecuației [7] în ecuația [3] dă următoarele:
μși. (m.g - F sin 30 °) = Fcos30 ° [8]
Șterge F din ecuația [8] și obținem:
F = μși . m.g / (cos 30 ° + μși sin 30 °) = 0,5 x 20Kg x 9,8m / sDouă / (0,87+ (0,5 x 0,5)) =
F = 87,5 Nou
Un vehicul de 1,5 tone circulă pe un drum drept și orizontal cu o viteză de 70 km / h. Șoferul vede obstacole pe drum la o anumită distanță care îl obligă să frâneze brusc. După frânare, vehiculul derapează pentru o scurtă perioadă de timp până când se oprește. Dacă coeficientul de frecare dintre anvelope și drum este de 0,7; determinați următoarele:
Soluţie:
Diagrama corpului liber arată forțele care acționează asupra vehiculului atunci când acesta derapează..
Deoarece suma forțelor care acționează pe axa verticală este zero, forța normală este egală cu greutatea vehiculului.
N = m.g
m = 1,5 tone = 1500 kg
N = 1500Kgx9,8m / sDouă= 14700Nou
Forța de frecare a vehiculului atunci când derapează este:
Fr = μN = 0,7x14700 Nou
= 10290 Nou
Forța de frecare influențează încetinirea vehiculului atunci când acesta derapează.
Prin aplicarea celei de-a doua legi a lui Newton, valoarea decelerării este obținută prin rezolvarea ecuației F = m.a
a = F / m
a = (-10290 Nou) / 1500Kg
= -6,86m / sDouă
Viteza inițială a vehiculului este v0 = 70Km / h = 19,44m / s
Când vehiculul se oprește, viteza sa finală este vF = 0 iar decelerarea este a = -6,86m / sDouă
Distanța parcursă de vehicul, de la frânare la oprire, se obține prin degajare d din următoarea ecuație:
vFDouă = v0Două+2ad
d = (vFDouă - v0Două) / Al 2-lea
= ((0)Două-(19,44m / s)Două) / (2x (-6,86m / sDouă)))
d = 27,54m
Vehiculul călătorește 27,54m departe înainte de oprire.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.