▷ Wrijvingscoëfficiënt (of wrijvingscoëfficiënt)

Dit artikel legt uit wat de wrijvingscoëfficiënt (of wrijvingscoëfficiënt) is in de natuurkunde. U zult dus ontdekken hoe u de wrijvingscoëfficiënt kunt berekenen, wat de soorten wrijvingscoëfficiënten zijn en bovendien oefeningen die stap voor stap worden opgelost.

Wat is de wrijvingscoëfficiënt?

De wrijvingscoëfficiënt , ook wel wrijvingscoëfficiënt genoemd, is een coëfficiënt die de wrijving aangeeft tussen de oppervlakken van twee lichamen wanneer de een over de ander wil bewegen.

De wrijvingscoëfficiënt wordt dus gebruikt om de wrijvingskracht (of wrijvingskracht) te berekenen, wat de kracht is die het moeilijk maakt voor het ene lichaam om over het andere te bewegen. Dus hoe hoger de wrijvingscoëfficiënt, hoe groter de wrijvingskracht.

De wrijvingscoëfficiënt is een dimensieloze coëfficiënt, dat wil zeggen dat deze geen eenheid heeft. Op dezelfde manier wordt de Griekse letter μ vaak gebruikt als symbool om de wrijvingscoëfficiënt weer te geven.

Formule voor wrijvingscoëfficiënt

De wrijvingscoëfficiënt is gelijk aan de verhouding tussen de wrijvingskracht (of wrijvingskracht) en de normaalkracht. Daarom wordt de wrijvingscoëfficiënt berekend door de wrijvingskracht te delen door de normaalkracht.

Met andere woorden, de formule voor de wrijvingscoëfficiënt is als volgt:

$\mu=\cfrac{F_R}{N}$

Goud:

$\mu$

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

is de wrijvingskracht , uitgedrukt in Newton.
$N$

is de normaalkracht, uitgedrukt in Newton.

Houd er rekening mee dat de wrijvingscoëfficiënt een coëfficiënt is die geen eenheid heeft, omdat deze wordt berekend door twee grootheden met dezelfde eenheden te delen.

Statische en dynamische wrijvingscoëfficiënt

De waarde van de wrijvingskracht hangt af van het feit of het lichaam in rust of in beweging is. Je hebt bijvoorbeeld waarschijnlijk 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, is het gemakkelijker om het object te blijven slepen.

Over het algemeen is de wrijvingskracht wanneer het lichaam stilstaat groter dan wanneer het lichaam beweegt. Er zijn dus twee soorten wrijvingskrachten:

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.

Er zijn dus ook twee soorten wrijvingscoëfficiënt:

Statische wrijvingscoëfficiënt (μ _E ) : gebruikt om de statische wrijvingskracht te berekenen. Het geeft de wrijving aan tussen de oppervlakken van twee lichamen wanneer de beweging nog niet is begonnen, dat wil zeggen wanneer ze nog in rust zijn.
Dynamische wrijvingscoëfficiënt ( _μD ) : gebruikt om de dynamische wrijvingskracht te berekenen. Het geeft de wrijving aan tussen de oppervlakken van twee lichamen wanneer de ene al over de andere glijdt.

Bovendien 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.

Concluderend is de statische wrijvingscoëfficiënt groter dan de dynamische wrijvingscoëfficiënt. Het is dus lastiger om een lichaam te gaan bewegen dan het te verplaatsen als de beweging al is begonnen.

Wrijvingscoëfficiëntwaarden

In de volgende tabel ziet u enkele algemene waarden van de statische wrijvingscoëfficiënt en de dynamische wrijvingscoëfficiënt:

Contactoppervlakken	Statische wrijvingscoëfficiënt (μ _e )	Dynamische wrijvingscoëfficiënt ( _μd )
koper op staal	0,53	0,36
staal op staal	0,74	0,57
aluminium op staal	0,61	0,47
rubber op cement	1	0,8
hout op hout	0,25-0,5	0,2
Hout op leer	0,5	0,4
Teflon op Teflon	0,04	0,04

Houd er rekening mee dat deze waarden kunnen variëren omdat ze afhankelijk zijn van vele factoren, zoals oppervlakteruwheid, temperatuur, relatieve snelheid tussen oppervlakken, enz.

Opgeloste wrijvingscoëfficiëntproblemen

Oefening 1

We zijn van plan 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 van de statische wrijvingscoëfficiënt of statische wrijvingscoëfficiënt

In de evenwichtsgrenssituatie worden de volgende twee vergelijkingen geverifieerd:

$N=P$

$F_R=F$

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 op het systeem inwerken 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:

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