FRICTION: MGA URI, KOEPISYENT, PAGKALKULA, EHERSISYO - PISIKAL - 2025

Ang alitan ay pagtutol sa paggalaw ng isang ibabaw na nakikipag-ugnay sa isa pa. Ito ay isang kababalaghan sa ibabaw na nangyayari sa pagitan ng solid, likido at gas na materyales. Ang puwersa ng paglaban na natatanggap sa dalawang ibabaw na nakikipag-ugnay, na tumututol sa direksyon ng kamag-anak na pag-aalis sa pagitan ng sinabi ng mga ibabaw, ay tinatawag ding puwersa ng alitan o puwersa ng alitan na F _r .

Upang mapalitan ang isang solidong katawan sa isang ibabaw, dapat na mailapat ang isang panlabas na puwersa na maaaring pagtagumpayan ang pagkiskisan. Kapag gumagalaw ang katawan, kumikilos ang lakas ng friction sa katawan, pinapabagal ito, at maaari pa ring pigilan ito.

Pagkiskisan

Ang puwersa ng friction ay maaaring kinakatawan ng graph sa pamamagitan ng lakas ng diagram ng isang katawan sa pakikipag-ugnay sa isang ibabaw. Sa diagram na ito ang puwersa ng alitan F _r ay iguguhit na tumututol sa sangkap ng puwersa na inilalapat sa katawan na tangential sa ibabaw.

Ang contact ibabaw ay nagsasagawa ng isang reaksyon na puwersa sa katawan na tinawag na normal na puwersa N. Sa ilang mga kaso, ang normal na puwersa ay dahil lamang sa bigat P ng katawan na nagpapahinga sa ibabaw, at sa iba pang mga kaso, ito ay dahil sa mga inilapat na puwersa bukod sa lakas ng grabidad.

Ang pagkagulo ay nangyayari dahil may mga mikroskopikong pagkamagiting sa pagitan ng mga ibabaw na nakikipag-ugnay. Kapag sinusubukan mong ilipat ang isang ibabaw sa ibabaw ng iba pang, ang pagkikiskisan ay nangyayari sa pagitan ng mga pagkamagiting na pumipigil sa libreng paggalaw sa interface. Kaugnay nito, ang pagkalugi ng enerhiya ay nangyayari sa anyo ng init na hindi ginagamit upang ilipat ang katawan.

Mga uri ng alitan

Mayroong dalawang pangunahing uri ng alitan: Cictionomb friction o dry friction, at fluid friction.

-Kasira ng Coulomb

Ang alitan ng Coulomb ay palaging sumasalungat sa paggalaw ng mga katawan at nahahati sa dalawang uri ng alitan: static friction at kinetic (o dynamic) na alitan.

Sa static friction ay walang paggalaw ng katawan sa ibabaw. Ang lakas na inilapat ay napakababa at hindi sapat upang malampasan ang puwersa ng alitan. Ang pagkiskisan ay may isang maximum na halaga na proporsyonal sa normal na puwersa at tinatawag na static na friction force F _re .

Ang puwersa ng static friction ay tinukoy bilang ang pinakamataas na puwersa na lumalaban sa simula ng paggalaw ng katawan. Kapag ang inilapat na puwersa ay lumampas sa static friction force, mananatili ito sa maximum na halaga nito.

Ang kinetic friction ay kumikilos kapag ang katawan ay nasa galaw na. Ang puwersa na kinakailangan upang mapanatili ang paglipat ng katawan na may alitan ay tinatawag na kinetic friction force F _rc .

Ang puwersa ng pagkikiskisan ng kinetic ay mas mababa sa o katumbas ng static friction force dahil sa sandaling magsimulang gumalaw ang katawan, mas madaling panatilihin ang paglipat kaysa sa subukang gawin ito habang nagpapahinga.

Mga Batas ng Pagkiskisan ng Coulomb

1. Ang puwersa ng alitan ay direktang proporsyonal sa puwersa na normal sa ibabaw ng contact. Ang pare-pareho ng proporsyonalidad ay ang koepisyent ng alitan ng friction na umiiral sa pagitan ng mga ibabaw na nakikipag-ugnay.
2. Ang puwersa ng alitan ay malaya sa laki ng maliwanag na lugar ng pakikipag-ugnay sa pagitan ng mga ibabaw.
3. Ang puwersa ng pagkikiskisan ng kinetic ay malaya sa bilis ng pag-slide ng katawan.

-Fluid friction

Nagaganap din ang pagkiskis kapag ang mga katawan ay nakikipag-ugnay sa likido o gas na mga materyales. Ang ganitong uri ng alitan ay tinatawag na fluid friction at tinukoy bilang paglaban sa paggalaw ng mga katawan sa pakikipag-ugnay sa isang likido.

Ang flu friction ay tumutukoy din sa paglaban ng isang likido na dumadaloy sa pakikipag-ugnay sa mga patong ng likido o pareho o materyal, at nakasalalay sa bilis at lagkit ng likido. Ang lapot ay ang sukatan ng paglaban sa paggalaw ng isang likido.

-Stokes alitan

Ang stokes friction ay isang uri ng likido na pagkikiskisan kung saan ang mga spherical particle ay nahuhulog sa isang viscous fluid, sa laminar flow, nakakaranas ng isang frictional na puwersa na nagpapabagal sa kanilang paggalaw dahil sa mga pagbagsak sa mga molekula ng likido.

Stokes friction

Ang daloy ay laminar kapag ang mga malapot na pwersa, na sumasalungat sa paggalaw ng likido, ay mas malaki kaysa sa mga inertial na puwersa at ang likido ay gumagalaw nang may sapat na maliit na bilis at sa isang rectilinear path.

Koepisyent ng Friction

Ayon sa unang batas ng alitan ng Coulomb, ang koepisyent ng friction ay nakuha mula sa ugnayan sa pagitan ng puwersa ng alitan at puwersa na normal sa ibabaw ng contact.

Ang koepisyent μ ay isang sukat na walang sukat, dahil ito ay isang relasyon sa pagitan ng dalawang puwersa, na nakasalalay sa likas na katangian at paggamot ng mga materyales na nakikipag-ugnay. Kadalasan ang halaga ng koepisyent ng friction ay nasa pagitan ng 0 at 1.

Koepisyent na static friction

Ang koepisyent ng static friction ay ang patuloy na proporsyonal na umiiral sa pagitan ng puwersa na pumipigil sa paggalaw ng isang katawan sa isang estado ng pahinga sa isang ibabaw ng contact at ang puwersa na normal sa ibabaw.

Koepisyent ng kinetikong pagkikiskisan

Ang koepisyent ng kinetic friction ay ang patuloy na proporsyonal na umiiral sa pagitan ng puwersa na pinipigilan ang paggalaw ng isang katawan na lumilipat sa isang ibabaw at ang puwersa na normal sa ibabaw.

Ang koepisyent ng static friction ay mas malaki kaysa sa koepisyent ng kinetic friction.

Ang nababanat na koepisyent ng friction

Ang nababanat na koepisyent ng alitan ay nagmula sa alitan sa pagitan ng mga contact na ibabaw ng mga nababanat, malambot o magaspang na mga materyales na ipinagpaputok ng mga puwersang inilalapat. Sinasalungat ng alitan ang kamag-anak na paggalaw sa pagitan ng dalawang nababanat na ibabaw at ang pag-aalis ay sinamahan ng isang nababanat na pagpapapangit ng mga layer ng ibabaw.

Ang koepisyent ng alitan na nakuha sa ilalim ng mga kondisyong ito ay nakasalalay sa antas ng pagkamagaspang sa ibabaw, ang mga pisikal na katangian ng mga materyales na nakikipag-ugnay, at ang kadakilaan ng tangential na bahagi ng paggugupit na puwersa sa interface ng mga materyales.

Koepisyent ng molekular na friction

Ang molekular na koepisyent ng alitan ay nakuha mula sa puwersa na pinipigilan ang paggalaw ng isang maliit na butil na dumulas sa isang maayos na ibabaw o sa pamamagitan ng isang likido.

Paano kinakalkula ang friction?

Ang puwersa ng friction sa solidong interface ay kinakalkula gamit ang equation F _r = μN

Ang pagsusulat ng equation ng timbang sa equation ng friction force ay nagbibigay:

Mga katangian ng normal

Kung ang isang bagay ay nagpapahinga sa isang patag na ibabaw, ang normal na puwersa ay naidulot ng ibabaw sa katawan, at tutol ito sa puwersa dahil sa grabidad, ayon sa batas ng aksyon at reaksyon ni Newton.

Ang normal na puwersa ay laging kumikilos patayo sa ibabaw. Sa isang hilig na ibabaw, ang normal na bumababa habang ang pagtaas ng anggulo ay tumataas at tumuturo sa isang patayo na direksyon na malayo sa ibabaw, habang ang mga punto ng timbang ay patayo pababa. Ang equation ng normal na puwersa sa isang hilig na ibabaw ay:

angle = anggulo ng pagkahilig ng ibabaw ng contact.

Inclined na alitan ng eroplano

Ang sangkap ng puwersa na kumikilos sa katawan upang i-slide ito ay:

Habang nadaragdagan ang inilapat na puwersa na lapitan ang pinakamataas na halaga ng puwersa ng alitan, ang halagang ito ay ang isa na naaayon sa static na puwersa ng alak. Kapag F = F _re , ang static na friction force ay:

At ang koepisyent ng static friction ay nakuha ng tangent ng anggulo ng pagkahilig θ.

Malutas na ehersisyo

-Fiction na puwersa ng isang bagay na nagpapahinga sa isang pahalang na ibabaw

Ang isang kahon ng 15Kg na nakalagay sa isang pahalang na ibabaw ay itinulak ng isang tao na nag-aplay ng isang puwersa ng 50 Newton kasama ang isang ibabaw upang gawin itong ilipat at pagkatapos ay ilapat ang isang puwersa ng 25 N upang mapanatili ang paglipat ng kahon sa isang palaging bilis. Alamin ang mga koepisyent ng static at kinetic friction.

Kahon na lumilipat sa pahalang na ibabaw

Solusyon: Sa halaga ng puwersa na inilalapat upang ilipat ang kahon, ang koepisyent ng static friction _{e ay nakuha} .

Ang normal na puwersa N sa ibabaw ay katumbas ng bigat ng kahon, kaya ang N = mg

Sa kasong ito, μ _e = 50New / 147New

Ang puwersa na inilalapat upang mapanatili ang bilis ng palagiang kahon ay ang kinetic friction force na katumbas ng 25New.

Ang koepisyent ng kinetic friction ay nakuha gamit ang equation μ _c = F _rc / N

-Fiction na puwersa ng isang bagay sa ilalim ng pagkilos ng isang puwersa na may isang anggulo ng pagkahilig

Ang isang tao ay naglalapat ng isang puwersa sa isang 20Kg box, na may isang anggulo ng aplikasyon ng 30 ° na may kaugnayan sa ibabaw kung saan ito nagpapahinga. Ano ang kalakhan ng puwersa na inilalapat upang ilipat ang kahon kung ang koepisyent ng alitan sa pagitan ng kahon at sa ibabaw ay 0.5?

Solusyon: Ang diagram ng libreng katawan ay kumakatawan sa inilalapat na puwersa at ang mga patayo at pahalang na mga sangkap.

Diagram ng Libre-Katawang

Ang inilapat na puwersa ay gumagawa ng isang anggulo ng 30 ° na may pahalang na ibabaw. Ang patayong bahagi ng puwersa ay nagdaragdag sa normal na puwersa na nakakaapekto sa puwersa ng static friction. Ang kahon ay gumagalaw kapag ang pahalang na bahagi ng inilapat na puwersa ay lumampas sa maximum na halaga ng lakas ng alitan F _re . Ang paghahambing sa pahalang na bahagi ng puwersa na may static friction ay nagbibigay:

Normal na lakas

Ang normal na puwersa ay hindi na ang bigat ng katawan dahil sa patayong bahagi ng puwersa.

Ayon sa pangalawang batas ni Newton, ang kabuuan ng mga puwersa na kumikilos sa kahon sa patayong axis ay zero, samakatuwid ang vertical na bahagi ng pagbilis ay isang _y = 0. Ang normal na puwersa ay nakuha mula sa kabuuan

Sa pamamagitan ng paghahalili ng equation sa equation, ang sumusunod ay nakuha:

-Fiction sa isang gumagalaw na sasakyan

Ang isang 1.5-tonong sasakyan ay naglalakbay sa isang tuwid at pahalang na kalsada sa bilis na 70 km / h. Nakikita ng drayber ang mga hadlang sa kalsada sa isang tiyak na distansya na nagpipilit sa kanya na mag preno nang husto. Pagkatapos ng pagpepreno, ang sasakyan ay tumatakbo nang maikling panahon hanggang sa huminto. Kung ang koepisyent ng alitan sa pagitan ng mga gulong at kalsada ay 0.7; matukoy ang sumusunod:

1. Ano ang halaga ng alitan habang ang sasakyan ay dumudulas?
2. Pagwawasak ng sasakyan
3. Ang distansya ay bumiyahe ng sasakyan mula sa oras kung kailan ito tumitigil.

Ang puwersa ng alitan ng sasakyan kapag ito ay naglalakad:

= 10290 Bago

Seksyon b

Ang puwersa ng alitan ay nakakaimpluwensya sa pagbagal ng sasakyan kapag lumalakad ito.

Sa pamamagitan ng paglalapat ng ikalawang batas ng Newton ang halaga ng pagkabulok ay nakuha sa pamamagitan ng paglutas para sa equation F = ma

Seksyon c

Ang paunang bilis ng sasakyan ay v ₀ = 70Km / h = 19.44m / s

Kapag hinihinto ng sasakyan ang panghuling bilis nito ay v _f = 0 at ang deceleration ay isang = - 6.86m / s ²

Ang distansya na naglakbay ng sasakyan, mula kung kailan ito pumipila hanggang sa huminto ito, ay nakuha sa pamamagitan ng paglutas para sa d mula sa sumusunod na equation:

Ang sasakyan ay naglalakbay 27.54m ng distansya bago huminto.

1. Mga pagkalkula ng koepisyent ng alitan sa ilalim ng nababanat na mga kondisyon ng contact. Mikhin, N M. 2, 1968, Science Materials Science, Tomo 4, pp. 149-152.
2. Blau, P J. Friction Science at Teknolohiya. Florida, US: CRC Press, 2009.
3. Ang ugnayan sa pagitan ng mga pwersa ng pagdirikit at friction. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung at Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal ng Pandikit na Agham at Teknolohiya, Tomo 8, pp. 1231-1249.
4. Zimba, J. Force at Paggalaw. Baltimore, Maryland: Ang Johns Hopkins University Press, 2009.
5. Bhushan, B. Prinsipyo at Aplikasyon ng Tribology. New York: John Wiley at Anak, 1999.
6. Sharma, CS at Purohit, K. Teorya ng mga mekanismo at makina. New Delhi: Prentice Hall ng India, 2006.