▷ Коэффициент трения (или коэффициент трения)

В этой статье объясняется, что такое коэффициент трения (или коэффициент трения) в физике. Так вы узнаете, как рассчитать коэффициент трения, какие бывают виды коэффициентов трения и, кроме того, пошагово решенные упражнения.

Что такое коэффициент трения?

Коэффициент трения , также называемый коэффициентом трения , представляет собой коэффициент, который указывает на трение между поверхностями двух тел, когда одно из них намеревается двигаться по другому.

Итак, коэффициент трения используется для расчета силы трения (или силы трения), которая представляет собой силу, затрудняющую движение одного тела по другому. Итак, чем выше коэффициент трения, тем больше сила трения.

Коэффициент трения является безразмерным коэффициентом, то есть не имеет единицы измерения. Аналогично, греческая буква μ часто используется как символ для обозначения коэффициента трения.

Формула коэффициента трения

Коэффициент трения равен отношению силы трения (или силы трения) к нормальной силе. Поэтому коэффициент трения рассчитывается путем деления силы трения на нормальную силу.

Другими словами, формула коэффициента трения выглядит следующим образом:

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

Золото:

$\mu$

– коэффициент трения, не имеющий единицы измерения.
$F_R$

– сила трения , выраженная в ньютонах.
$N$

— нормальная сила, выраженная в ньютонах.

Имейте в виду, что коэффициент трения — это коэффициент, не имеющий единицы измерения, поскольку он рассчитывается путем деления двух величин, имеющих одинаковые единицы измерения.

Статический и динамический коэффициент трения

Величина силы трения зависит от того, находится тело в покое или в движении. Например, вы, вероятно, пытались перетащить очень тяжелое тело, и сначала было трудно его переместить, но как только вам удалось немного сдвинуть тело, вам будет легче продолжать перетаскивание объекта.

Действительно, в общем случае сила трения при неподвижном теле больше, чем при движении тела. Таким образом, существует два типа сил трения:

Статическая сила трения : это сила трения, которая действует, когда тело еще не находится в движении.
Динамическая (или кинетическая) сила трения : это сила трения, действующая, когда тело уже начало движение.

Таким образом, существует также два типа коэффициента трения:

Коэффициент статического трения (μ _E ) : используется для расчета силы статического трения. Оно указывает на трение между поверхностями двух тел, когда движение еще не началось, т. е. когда они еще покоятся.
Коэффициент динамического трения (μ _D ) : используется для расчета силы динамического трения. Он указывает на трение между поверхностями двух тел, когда одно уже скользит по другому.

Кроме того, значение силы трения варьируется, как показано на следующем графике:

Сила статического трения равна силе, приложенной для перемещения тела, но ее направление противоположно. Его максимальное значение представляет собой произведение коэффициента статического трения и нормальной силы. Когда приложенная сила превышает это значение, тело начинает двигаться.

Таким образом, когда тело уже находится в движении, сила динамического трения имеет постоянное значение, эквивалентное произведению коэффициента динамического трения и нормальной силы, каково бы ни было значение приложенной силы. Кроме того, это значение несколько ниже максимального значения силы статического трения.

В заключение следует отметить, что коэффициент статического трения больше, чем коэффициент динамического трения. Поэтому начать движение тела труднее, чем переместить его, когда движение уже началось.

Значения коэффициента трения

В следующей таблице вы можете увидеть некоторые общие значения коэффициента статического трения и коэффициента динамического трения:

Контактные поверхности	Коэффициент статического трения (μ _e )	Коэффициент динамического трения ( _μd )
медь на стали	0,53	0,36
сталь по стали	0,74	0,57
алюминий на стали	0,61	0,47
резина на цементе	1	0,8
дерево по дереву	0,25-0,5	0,2
Дерево на коже	0,5	0,4
Тефлон на Тефлоне	0,04	0,04

Имейте в виду, что эти значения могут различаться, поскольку зависят от многих факторов, таких как шероховатость поверхности, температура, относительная скорость между поверхностями и т. д.

Решенный коэффициент трения задач

Упражнение 1

Мы собираемся переместить блок массой m=12 кг по плоской поверхности, и он начинает двигаться только при приложении силы 35 Н. Каков коэффициент статического трения между землей и бруском? Данные: g=10 м/с ² .

решена задача о коэффициенте статического трения

Посмотреть решение

Сначала нарисуем график всех сил, действующих на блок:

решенное упражнение коэффициента статического трения или коэффициента статического трения

В предельной ситуации равновесия проверяются следующие два уравнения:

$N=P$

$F_R=F$

Таким образом, сила трения будет эквивалентна горизонтальной силе, приложенной к телу:

$F_R=F=35 \ N$

С другой стороны, мы можем рассчитать значение нормальной силы, используя формулу силы веса:

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

Наконец, как только мы узнаем значение силы трения и нормальной силы, мы применим формулу коэффициента статического трения, чтобы определить его значение:

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

Упражнение 2

Поместим тело массой m=6 кг на вершину плоскости, наклоненной под углом 45°. Если тело скользит по наклонной плоскости с ускорением 4 м/с ² , каков коэффициент динамического трения между поверхностью наклонной плоскости и поверхностью тела? Данные: g=10 м/с ² .

проблема коэффициента трения или динамического трения

Посмотреть решение

Первое, что нам нужно сделать для решения любой физической задачи, касающейся динамики, — это нарисовать диаграмму свободного тела. Итак, все силы, действующие на систему, равны:

решенное упражнение на коэффициент трения или динамическое трение

В направлении оси 1 (параллельно наклонной плоскости) тело испытывает ускорение, однако в направлении оси 2 (перпендикулярно наклонной плоскости) тело покоится. На основе этой информации мы предлагаем уравнения сил системы:

$P_1-F_R=m\cdot a$

$P_2-N=0$

Итак, мы можем вычислить нормальную силу из второго уравнения:

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

С другой стороны, мы вычисляем значение силы трения (или силы трения) из первого представленного уравнения:

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

И как только мы узнаем значение нормальной силы и силы трения, мы сможем определить динамический коэффициент трения, используя соответствующую формулу:

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