▷ Wrijvingskracht (of wrijvingskracht)

In dit artikel wordt uitgelegd wat wrijvingskracht (of wrijvingskracht) in de natuurkunde is en hoe deze wordt berekend. Je vindt er daarom de eigenschappen van de wrijvingskracht, de twee soorten wrijvingskracht die er bestaan en daarnaast specifieke oefeningen om te oefenen.

Wat is wrijvingskracht?

Wrijvingskracht , ook wel wrijvingskracht genoemd, is een contactkracht die optreedt wanneer wordt geprobeerd een lichaam over het oppervlak van een ander lichaam te bewegen.

Preciezer gezegd, wrijvingskracht is een kracht die wordt uitgeoefend in een richting parallel aan en tegengesteld aan de beweging.

Er zijn twee soorten wrijvingskrachten: statische wrijvingskracht en dynamische wrijvingskracht. Afhankelijk van het geval handelt de een of de ander. Hieronder zullen we het verschil tussen hen zien.

Over het algemeen wordt de wrijvingskracht weergegeven door het symbool _FR .

Kenmerken van wrijvingskracht

Nu we de definitie van wrijvingskracht (of wrijvingskracht) kennen, gaan we kijken wat de kenmerken van dit soort kracht zijn:

De wrijvingskracht is een contactkracht, dat wil zeggen dat deze alleen werkt als twee oppervlakken contact maken.
Bovendien treedt de wrijvingskracht alleen op als het ene lichaam beweegt of probeert boven op het andere te bewegen.
De richting van de wrijvingskracht is evenwijdig aan de bewegingsrichting.
De richting van de wrijvingskracht is tegengesteld aan de beweging.
De wrijvingskracht is niet afhankelijk van de snelheid waarmee lichamen glijden.
De wrijvingskracht is niet afhankelijk van de grootte van het contactoppervlak.
Maar de wrijvingskracht hangt af van de materialen die in contact komen, hun afwerking en de temperatuur.
De wrijvingskracht is recht evenredig met de normaalkracht.

Formule voor wrijvingskracht

De wrijvingskracht is gelijk aan de wrijvingscoëfficiënt vermenigvuldigd met de normaalkracht. Om de wrijvingskracht te berekenen, moet men daarom eerst de normaalkracht vinden en deze vervolgens vermenigvuldigen met de wrijvingscoëfficiënt tussen de twee contactoppervlakken.

De formule voor de wrijvingskracht (of wrijvingskracht) is daarom als volgt:

$F_R=\mu\cdot N$

Goud:

$F_R$

is de kracht van wrijving of wrijving, uitgedrukt in Newton.
$\mu$

is de wrijvingscoëfficiënt, die geen eenheid heeft.
$N$

is de normaalkracht, uitgedrukt in Newton.

Statische en dynamische wrijvingskracht

De waarde van de wrijvingskracht hangt af van het feit of het lichaam in rust of in beweging is. Je hebt bijvoorbeeld zeker geprobeerd een heel zwaar lichaam te slepen en het was in het begin moeilijk om het te verplaatsen, maar zodra het je lukt om het lichaam een beetje te bewegen, wordt het gemakkelijker om het object te blijven slepen.

Over het algemeen is de wrijvingskracht wanneer het lichaam stilstaat groter dan wanneer het lichaam beweegt.

We onderscheiden dus twee soorten wrijvingskracht (of wrijvingskracht):

Statische wrijvingskracht : Dit is de wrijvingskracht die inwerkt wanneer het lichaam nog niet in beweging is.
Dynamische (of kinetische) wrijvingskracht : dit is de wrijvingskracht die optreedt wanneer het lichaam de beweging al is begonnen.

Op dezelfde manier onderscheidt de statische wrijvingscoëfficiënt zich ook van de dynamische wrijvingscoëfficiënt, die worden gebruikt om respectievelijk de statische wrijvingskracht en de dynamische wrijvingskracht te bepalen.

Ten slotte varieert de waarde van de wrijvingskracht, zoals weergegeven in de volgende grafiek:

De kracht van statische wrijving is gelijk aan de kracht die wordt uitgeoefend om het lichaam te bewegen, maar de richting is tegengesteld. De maximale waarde is het product tussen de statische wrijvingscoëfficiënt en de normaalkracht. Wanneer de uitgeoefende kracht deze waarde overschrijdt, begint het lichaam te bewegen.

Wanneer het lichaam al in beweging is, heeft de dynamische wrijvingskracht dus een constante waarde die equivalent is aan het product tussen de dynamische wrijvingscoëfficiënt en de normaalkracht, ongeacht de waarde van de uitgeoefende kracht. Bovendien is deze waarde iets lager dan de maximale waarde van de statische wrijvingskracht.

Opgeloste oefeningen op wrijvingskracht

Oefening 1

Het is bedoeld om een blok met massa m = 12 kg op een vlak oppervlak te verplaatsen en het begint te bewegen zodra er een kracht van 35 N wordt uitgeoefend. Wat is de statische wrijvingscoëfficiënt tussen de grond en het blok? Gegevens: g=10 m/s ² .

opgelost probleem van statische wrijvingscoëfficiënt

Zie de oplossing

Eerst tekenen we alle krachten die op het blok inwerken:

opgeloste oefening over de statische wrijvingscoëfficiënt of statische wrijvingscoëfficiënt

In de evenwichtsgrenssituatie wordt aan de volgende twee vergelijkingen voldaan:

$N=P$

$F_R=F$

De wrijvingskracht zal dus gelijk zijn aan de horizontale kracht die op het lichaam wordt uitgeoefend:

$F_R=F=35 \ N$

Aan de andere kant kunnen we de waarde van de normaalkracht berekenen met behulp van de gewichtskrachtformule:

$\begin{array}{l}N=P\\[3ex] N=m\cdot g\\[3ex] N=12\cdot 10 \\[3ex] N=120 \ N\end{array }$

Als we ten slotte de waarde van de wrijvingskracht en de normaalkracht kennen, passen we de formule voor de statische wrijvingscoëfficiënt toe om de waarde ervan te bepalen:

$\mu_e=\cfrac{F_R}{N}=\cfrac{35}{120}=0.29$

Oefening 2

We plaatsen een lichaam met massa m = 6 kg bovenaan een vlak dat onder een hoek van 45 graden staat. Als het lichaam met een versnelling van 4 m/s ² over het hellende vlak glijdt, wat is dan de dynamische wrijvingscoëfficiënt tussen het oppervlak van het hellende vlak en dat van het lichaam? Gegevens: g=10 m/s ² .

probleem van de wrijvingscoëfficiënt of dynamische wrijving

Zie de oplossing

Het eerste dat we moeten doen om elk natuurkundig probleem met betrekking tot de dynamiek op te lossen, is het tekenen van het vrije-lichaamsdiagram. Alle krachten die in het systeem werken zijn dus:

opgeloste oefening van de wrijvingscoëfficiënt of dynamische wrijving

In de richting van as 1 (evenwijdig aan het hellende vlak) heeft het lichaam een versnelling, maar in de richting van as 2 (loodrecht op het hellende vlak) is het lichaam in rust. Op basis van deze informatie stellen we de vergelijkingen van de krachten van het systeem voor:

$P_1-F_R=m\cdot a$

$P_2-N=0$

We kunnen dus de normaalkracht berekenen uit de tweede vergelijking:

$\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=6 \cdot 10 \cdot \ text{cos}(45º)\\[3ex]N=42,43 \ N\end{array}$

Aan de andere kant berekenen we de waarde van de wrijvingskracht (of wrijvingskracht) uit de eerste gepresenteerde vergelijking:

$\begin{array}{l}P_1-F_R=m\cdot a\\[3ex]F_R=P_1-m\cdot a\\[3ex]F_R=m\cdot g\cdot \text{sin} (\alpha)-m\cdot a\\[3ex]F_R=6\cdot 10\cdot \text{sin}(45º)-6\cdot 4\\[3ex]F_R=18.43 \ N\end{ array}$

En zodra we de waarde van de normaalkracht en de wrijvingskracht kennen, kunnen we de dynamische wrijvingscoëfficiënt bepalen met behulp van de bijbehorende formule:

$\mu_d=\cfrac{F_R}{N}=\cfrac{18.43}{43.43}=\bm{0.42}$

Oefening 3

Een slee van 70 kg glijdt van een helling van 30 graden af met een beginsnelheid van 2 m/s. Als de dynamische wrijvingscoëfficiënt tussen de slee en de sneeuw 0,2 is, bereken dan de snelheid die de slee zal bereiken na een reis van 20 meter. Gegevens: g=10 m/s ² .

Zie de oplossing

Allereerst maken we het vrije lichaamsdiagram van de slee:

bepaalde uitoefening van een wrijvingskracht op een hellend vlak

De slee heeft een versnelling in de richting van as 1 (parallel aan het hellende vlak) maar blijft in rust in de richting van as 2 (loodrecht op het hellende vlak), dus de krachtvergelijkingen zijn:

$P_1-F_R=m\cdot a$

$P_2-N=0$

Uit de tweede vergelijking kunnen we de normaalkracht berekenen die op de slee inwerkt

$\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=70 \cdot 10 \cdot \ text{cos}(30º)\\[3ex]N=606,22 \ N\end{array}$

Omdat we nu de waarde van de normaalkracht en de dynamische wrijvingscoëfficiënt kennen, kunnen we de wrijvingskracht berekenen door de bijbehorende formule toe te passen:

$F_R=\mu\cdot N=0,2 \cdot 606,22=121,24 \ N$

Om de eindsnelheid te bepalen, moeten we dus eerst de versnelling van de slee vinden, en deze kan worden berekend op basis van de eerste gepresenteerde krachtvergelijking:

$P_1-F_R=m\cdot a$

$a=\cfrac{P_1-F_R}{m}$

$a=\cfrac{m\cdot g\cdot \text{sin}(\alpha)-F_R}{m}$

$a=\cfrac{70\cdot 10\cdot \text{sin}(30º)-121.24}{70}$

$a=3,27 \ \cfrac{m}{s^2}$

Zodra we de versnelling van de slee kennen, berekenen we de tijd die nodig is om de 20 meter af te leggen met de vergelijking van rechtlijnige beweging bij constante versnelling:

$x=v_0\cdot t +\cfrac{1}{2}\cdot a \cdot t^2$

$20=2\cdot t +\cfrac{1}{2}\cdot 3.27 \cdot t^2$

$0=1,64t^2+2t-20$

$\displaystyle t=\cfrac{-2\pm \sqrt{2^2-4\cdot 1.64\cdot (-20)}}{2\cdot 1.64}=\cfrac{-2\ pm 11.63}{ 3.28}=\begin{cases}2.94\\[2ex]-4.15 \ \color{red}\bm{\times}\end{cases}$

Logischerwijs sluiten we de negatieve oplossing uit, omdat tijd een fysieke grootheid is die niet negatief kan zijn.

Ten slotte berekenen we de eindsnelheid met behulp van de formule voor constante versnelling:

$a=\cfrac{v_f-v_0}{t_f-t_0}\quad \longrightarrow \quad v_f=a\cdot (t_f-t_0)+v_0$

$v_f=3,27\cdot (2,94-0)+2=11,61 \ \cfrac{m}{s}$

Wat is wrijvingskracht?

Kenmerken van wrijvingskracht

Formule voor wrijvingskracht

Statische en dynamische wrijvingskracht

Opgeloste oefeningen op wrijvingskracht

Oefening 1

Oefening 2

Oefening 3

Leave a Comment Cancel Reply