การประชุมเชิงปฏิบัติการ "วิธีการหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อน" วิธีหาแรงเสียดทานแบบเลื่อน วิธีคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

แรงเสียดทานเป็นปรากฏการณ์ที่เราพบเจอในชีวิตประจำวันตลอดเวลา ไม่สามารถระบุได้ว่าแรงเสียดทานเป็นอันตรายหรือเป็นประโยชน์หรือไม่ การก้าวขึ้นไปบนน้ำแข็งที่ลื่นดูเหมือนจะเป็นงานยาก การเดินบนพื้นยางมะตอยที่ขรุขระก็เป็นเรื่องที่น่ายินดี ชิ้นส่วนรถยนต์สึกหรอเร็วขึ้นมากโดยไม่ต้องหล่อลื่น

การศึกษาแรงเสียดทานความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติพื้นฐานของมันทำให้บุคคลสามารถใช้งานได้

แรงเสียดทานในวิชาฟิสิกส์

แรงที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุหนึ่งเคลื่อนที่หรือพยายามเคลื่อนที่บนพื้นผิวของอีกวัตถุหนึ่งซึ่งมีทิศทางตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ที่กระทำกับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ เรียกว่า แรงเสียดทาน โมดูลัสของแรงเสียดทาน ซึ่งสูตรนี้ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์หลายตัว จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของความต้านทาน

แรงเสียดทานประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่น:

ลื่น;

กลิ้ง

ความพยายามในการเคลื่อนย้ายวัตถุที่มีน้ำหนักมาก (ตู้ หิน) จะทำให้เกิดความตึงเครียด ขณะเดียวกัน ก็ไม่สามารถเคลื่อนย้ายวัตถุดังกล่าวได้เสมอไป รบกวนความสงบสุข.

สถานะของการพักผ่อน

แรงเสียดทานสถิตที่คำนวณได้ทำให้ไม่สามารถกำหนดได้อย่างแม่นยำเพียงพอ เนื่องจากกฎข้อที่สามของนิวตัน ขนาดของแรงต้านทานสถิตจะขึ้นอยู่กับแรงที่ใช้

เมื่อแรงเพิ่มขึ้น แรงเสียดทานก็เพิ่มขึ้นด้วย

0 < F тр.покоя < F max

ป้องกันไม่ให้ตะปูที่ตอกเข้าไปในไม้หลุดออกมา กระดุมที่เย็บด้วยด้ายจะยึดเข้าที่อย่างแน่นหนา ที่น่าสนใจคือความต้านทานต่อการพักผ่อนที่ทำให้คนเดินได้ นอกจากนี้ยังมุ่งไปในทิศทางการเคลื่อนไหวของบุคคลซึ่งขัดแย้งกับสภาวะทั่วไป

ปรากฏการณ์เลื่อน

เมื่อแรงภายนอกที่เคลื่อนที่ของร่างกายเพิ่มขึ้นตามค่าแรงเสียดทานสถิตที่ยิ่งใหญ่ที่สุด ร่างกายจะเริ่มเคลื่อนที่ แรงเสียดทานแบบเลื่อนถือเป็นกระบวนการเลื่อนของตัวหนึ่งไปเหนือพื้นผิวของอีกตัวหนึ่ง ค่าของมันขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของพื้นผิวที่มีปฏิสัมพันธ์และแรงกระทำในแนวดิ่งบนพื้นผิว

สูตรการคำนวณสำหรับแรงเสียดทานแบบเลื่อน: F=μР โดยที่ μ คือสัมประสิทธิ์ของสัดส่วน (แรงเสียดทานแบบเลื่อน) P คือแรงของความดันแนวตั้ง (ปกติ)

แรงอย่างหนึ่งที่ควบคุมการเคลื่อนที่คือแรงเสียดทานแบบเลื่อน ซึ่งสูตรนี้เขียนขึ้นโดยใช้ เนื่องจากเป็นไปตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แรงของความดันปกติและปฏิกิริยารองรับจะมีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม: P = N

ก่อนจะหาแรงเสียดทาน ซึ่งมีสูตรอยู่ในรูปแบบอื่น (F=μ N) จะต้องพิจารณาแรงปฏิกิริยาก่อน

ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานการเลื่อนถูกนำมาใช้ทดลองกับพื้นผิวที่ถูสองพื้นผิว และขึ้นอยู่กับคุณภาพของการประมวลผลและวัสดุ

โต๊ะ. ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานของพื้นผิวต่างๆ

หมายเลขสินค้า	พื้นผิวที่มีปฏิสัมพันธ์	ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อน
	เหล็ก+น้ำแข็ง
	หนัง+เหล็กหล่อ
	สีบรอนซ์+เหล็ก
	สีบรอนซ์+เหล็กหล่อ
	เหล็ก+เหล็ก

แรงเสียดทานสถิตที่ยิ่งใหญ่ที่สุดตามสูตรที่เขียนไว้ข้างต้นสามารถกำหนดได้ในลักษณะเดียวกับแรงเสียดทานแบบเลื่อน

สิ่งนี้มีความสำคัญเมื่อแก้ไขปัญหาในการกำหนดแรงต้านทานการขับขี่ ตัวอย่างเช่น หนังสือซึ่งถูกเคลื่อนย้ายด้วยมือที่กดจากด้านบน จะเลื่อนไปภายใต้อิทธิพลของแรงต้านทานคงที่ที่เกิดขึ้นระหว่างมือกับหนังสือ ปริมาณความต้านทานขึ้นอยู่กับแรงกดในแนวดิ่งที่มีต่อหนังสือ

ปรากฏการณ์กลิ้ง

การเปลี่ยนผ่านของบรรพบุรุษของเราจากการลากไปเป็นรถม้าศึกถือเป็นการปฏิวัติ การประดิษฐ์วงล้อถือเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของมนุษย์ ที่เกิดขึ้นเมื่อล้อเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิว จะมีขนาดที่ด้อยกว่าความต้านทานการเลื่อนอย่างมาก

เหตุการณ์นี้สัมพันธ์กับแรงกดปกติของล้อบนพื้นผิว และมีลักษณะที่ทำให้ล้อแตกต่างจากการเลื่อน เนื่องจากการเสียรูปเล็กน้อยของล้อ แรงกดที่มีขนาดต่างกันจึงเกิดขึ้นที่ศูนย์กลางของพื้นที่ที่ขึ้นรูปและตามขอบ ความแตกต่างของแรงนี้กำหนดการเกิดความต้านทานการหมุน

สูตรการคำนวณสำหรับแรงเสียดทานจากการหมุนมักจะใช้คล้ายกับกระบวนการเลื่อน ความแตกต่างนี้มองเห็นได้เฉพาะในค่าสัมประสิทธิ์การลากเท่านั้น

ธรรมชาติของการต่อต้าน

เมื่อความหยาบของพื้นผิวที่ถูเปลี่ยนไป ค่าของแรงเสียดทานก็เปลี่ยนแปลงไปด้วย เมื่อใช้กำลังขยายสูง พื้นผิวสัมผัสสองอันจะปรากฏเป็นรอยนูนที่มียอดแหลมคม เมื่อทาแล้วส่วนที่ยื่นออกมาของร่างกายจะสัมผัสกัน พื้นที่สัมผัสทั้งหมดไม่มีนัยสำคัญ เมื่อร่างกายเคลื่อนไหวหรือพยายามเคลื่อนไหว “จุดสูงสุด” จะทำให้เกิดการต่อต้าน ขนาดของแรงเสียดทานไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่ของพื้นผิวสัมผัส

ดูเหมือนว่าพื้นผิวที่เรียบอย่างสมบูรณ์แบบสองพื้นผิวไม่ควรมีแรงต้านทานใดๆ เลย ในทางปฏิบัติ แรงเสียดทานในกรณีนี้คือสูงสุด ความคลาดเคลื่อนนี้อธิบายได้จากธรรมชาติของการเกิดขึ้นของกองกำลัง สิ่งเหล่านี้คือแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระทำระหว่างอะตอมของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์

กระบวนการทางกลที่ไม่ได้มาพร้อมกับแรงเสียดทานในธรรมชาตินั้นเป็นไปไม่ได้เนื่องจากไม่มีทางที่จะ "ปิด" ปฏิกิริยาทางไฟฟ้าของวัตถุที่มีประจุได้ ความเป็นอิสระของกองกำลังต้านทานจากตำแหน่งสัมพัทธ์ของร่างกายทำให้เราสามารถเรียกพวกมันว่าไม่มีศักยภาพได้

เป็นที่น่าสนใจว่าแรงเสียดทานซึ่งมีสูตรแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์นั้นเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็วที่สอดคล้องกัน แรงนี้รวมถึงแรงต้านทานความหนืดในของเหลวด้วย

การเคลื่อนที่ของของเหลวและก๊าซ

การเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นของแข็งในของเหลวหรือก๊าซ ของเหลวที่อยู่ใกล้พื้นผิวของแข็งจะมาพร้อมกับความต้านทานความหนืด การเกิดขึ้นนั้นสัมพันธ์กับปฏิกิริยาของชั้นของของเหลวที่ถูกกักไว้โดยวัตถุแข็งระหว่างการเคลื่อนไหว ความเร็วที่แตกต่างกันของชั้นต่างๆ เป็นสาเหตุให้เกิดแรงเสียดทานที่มีความหนืด ลักษณะเฉพาะของปรากฏการณ์นี้คือไม่มีแรงเสียดทานสถิตของของเหลว ไม่ว่าอิทธิพลภายนอกจะขนาดไหน ร่างกายก็เริ่มเคลื่อนไหวขณะอยู่ในของเหลว

แรงต้านจะถูกกำหนดโดยความเร็วในการเคลื่อนที่ รูปร่างของวัตถุที่เคลื่อนไหว และความหนืดของของเหลว ขึ้นอยู่กับความเร็วในการเคลื่อนที่ การเคลื่อนไหวของวัตถุเดียวกันในน้ำและน้ำมันจะมาพร้อมกับความต้านทานที่มีขนาดต่างกัน

สำหรับความเร็วต่ำ: F = kv โดยที่ k คือสัมประสิทธิ์สัดส่วน ขึ้นอยู่กับขนาดเชิงเส้นของวัตถุและคุณสมบัติของตัวกลาง v คือความเร็วของวัตถุ

อุณหภูมิของของไหลยังส่งผลต่อแรงเสียดทานด้วย ในสภาพอากาศหนาวจัด รถจะอุ่นเครื่องเพื่อให้น้ำมันร้อนขึ้น (ความหนืดลดลง) และช่วยลดการทำลายชิ้นส่วนเครื่องยนต์ที่สัมผัสกัน

เพิ่มความเร็วในการขับขี่

ความเร็วของร่างกายที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญอาจทำให้เกิดกระแสน้ำเชี่ยวและความต้านทานเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สิ่งสำคัญคือ กำลังสองของความเร็วของการเคลื่อนที่ ความหนาแน่นของตัวกลาง และแรงเสียดทานมีรูปแบบที่แตกต่างกัน:

F = kv 2 โดยที่ k คือสัมประสิทธิ์สัดส่วน ขึ้นอยู่กับรูปร่างของร่างกายและคุณสมบัติของตัวกลาง v คือความเร็วของร่างกาย

ถ้าร่างกายคล่องตัว ความปั่นป่วนก็จะลดลง รูปร่างของโลมาและวาฬเป็นตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบของกฎธรรมชาติที่ส่งผลต่อความเร็วของสัตว์

แนวทางด้านพลังงาน

ความต้านทานของสภาพแวดล้อมทำให้การทำงานไม่สามารถเคลื่อนย้ายร่างกายได้ เมื่อใช้กฎการอนุรักษ์พลังงานว่ากันว่าการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกลเท่ากับงานที่ทำโดยแรงเสียดทาน

งานของแรงคำนวณโดยสูตร: A = Fscosα โดยที่ F คือแรงภายใต้อิทธิพลที่ร่างกายเคลื่อนที่เป็นระยะทาง s, α คือมุมระหว่างทิศทางของแรงและการกระจัด

แน่นอนว่าแรงต้านนั้นตรงกันข้ามกับการเคลื่อนไหวของร่างกาย ดังนั้น cosα = -1 งานของแรงเสียดทานซึ่งมีสูตรเป็น A tr = - Fs เป็นค่าลบ ในกรณีนี้จะกลายเป็นภายใน (การเสียรูป, ความร้อน)

ต้องวัดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเลื่อนได้สองวิธี

วิธีแรกคือการวัดโดยใช้ไดนาโมมิเตอร์ซึ่งเป็นแรงที่คุณต้องดึงบล็อกที่มีโหลดบนพื้นผิวแนวนอนเพื่อให้เคลื่อนที่อย่างเท่าเทียมกัน แรงนี้มีค่าสัมบูรณ์เท่ากับแรงเสียดทานที่กระทำต่อบล็อก เมื่อใช้ไดนาโมมิเตอร์เดียวกัน คุณสามารถค้นหาน้ำหนักของบล็อกที่มีน้ำหนัก P น้ำหนักนี้เท่ากับแรงกดปกติของบล็อกบนพื้นผิวที่มันเลื่อน เมื่อพิจารณาด้วยวิธีนี้ คุณจะพบค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน มันเท่ากับ:

วิธีที่ 2 ในการวัดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานช่วยให้คุณสามารถกำหนดการทดลองไม่ใช่แรง แต่ความยาวของส่วนต่างๆ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้ใช้ความสมดุลของบล็อกที่อยู่บนระนาบเอียง

หากบล็อกอยู่ในสภาวะสมดุลบนระนาบเอียง แรงกดปกติของบล็อกบนระนาบจะเท่ากับองค์ประกอบของแรงโน้มถ่วงที่ตั้งฉากกับระนาบเอียง (รูปที่ 213) และแรงเสียดทานที่มีค่าสัมบูรณ์เท่ากับองค์ประกอบของแรงโน้มถ่วงที่ขนานกับระนาบเอียง

การทดลองประกอบด้วยการค่อยๆ เพิ่มมุมเอียงของเครื่องบิน และค้นหามุมที่บล็อกจะ "เคลื่อนตัวออก" ในกรณีนี้ แรงเสียดทานจะเท่ากับแรงเสียดทานสถิตสูงสุด:

แรงกดของบล็อกบนเครื่องบินอยู่ที่ไหน เนื่องจาก ในกรณีนี้คือ

มันง่ายที่จะแสดงสิ่งนั้น

ตามมาจากความคล้ายคลึงกันของรูปสามเหลี่ยม ดังนั้น ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีจึงเท่ากับ:

จากสูตรนี้ชัดเจนว่าในการหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ก็เพียงพอที่จะวัดความสูงและฐานของระนาบเอียง ซึ่งกำหนดความเอียงของระนาบที่บล็อกเริ่มเลื่อน

อุปกรณ์และวัสดุ : 1) ไม้บรรทัด 2) ตลับเมตร

3) ไดนาโมมิเตอร์ 4) บล็อกไม้ 5) ชุดตุ้มน้ำหนัก 6) ขาตั้งกล้องพร้อมข้อต่อและเท้า

สั่งงาน

1. วางบล็อกบนไม้บรรทัดไม้แนวนอน วางน้ำหนักบนบล็อก

2. เมื่อติดไดนาโมมิเตอร์เข้ากับบล็อกแล้วให้ดึงไปตามไม้บรรทัดให้เท่ากันที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ สังเกตการอ่านไดนาโมมิเตอร์

3. ชั่งน้ำหนักบล็อกและน้ำหนักบรรทุก

4. ใช้สูตรหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

5. ทำซ้ำการทดลองโดยวางตุ้มน้ำหนักหลายๆ อันไว้บนบล็อก

6. ค้นหาค่าเฉลี่ยเลขคณิตของสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่พบในการทดลองต่างๆ

7. ค้นหาข้อผิดพลาดของการทดลองแต่ละครั้ง - ความแตกต่างระหว่างและค่าที่ได้รับในการทดลองที่แตกต่างกัน

8. กำหนดค่าเฉลี่ยเลขคณิตของข้อผิดพลาดในการทดลอง

9. จัดทำตารางผลการทดลอง:

10. เขียนผลการวัดลงในแบบฟอร์ม

11. วางไม้บรรทัดไว้บนบล็อกที่มีน้ำหนัก แล้วค่อยๆ เปลี่ยนความเอียง โดยยกปลายขึ้นจนกระทั่งบล็อกเริ่มเลื่อนไปตามไม้บรรทัด

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเป็นลักษณะสำคัญของแรงเสียดทานในฐานะปรากฏการณ์ ขึ้นอยู่กับประเภทและสภาพของพื้นผิวของตัวถู

คำนิยาม

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเรียกว่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนที่เชื่อมแรงเสียดทาน () และแรงกดปกติ (N) ของร่างกายบนส่วนรองรับ ส่วนใหญ่แล้วค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะแสดงด้วยตัวอักษร . ดังนั้น ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจึงรวมอยู่ในกฎคูลอมบ์-อมอนตันด้วย:

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานนี้ไม่ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัสพื้นผิว

ในกรณีนี้ เรากำลังพูดถึงค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเลื่อนซึ่งขึ้นอยู่กับคุณสมบัติรวมของพื้นผิวที่ถูและเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับ: คุณภาพของการรักษาพื้นผิว, การถู, การปรากฏตัวของสิ่งสกปรก, ความเร็วของการเคลื่อนไหวของวัตถุที่สัมพันธ์กัน ฯลฯ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานถูกกำหนดโดยเชิงประจักษ์ (ทดลอง)

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานซึ่งสอดคล้องกับแรงเสียดทานสถิตสูงสุด โดยส่วนใหญ่แล้วจะมากกว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจากการเคลื่อนที่

สำหรับคู่วัสดุจำนวนมาก ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะไม่เกินความสามัคคีและอยู่ภายใน

มุมแรงเสียดทาน

บางครั้งแทนที่จะใช้ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน จะใช้มุมเสียดสี () ซึ่งสัมพันธ์กับค่าสัมประสิทธิ์ตามอัตราส่วน:

ดังนั้น มุมเสียดสีจึงสอดคล้องกับมุมเอียงต่ำสุดของระนาบที่สัมพันธ์กับขอบฟ้าที่วัตถุที่นอนอยู่บนระนาบนี้จะเริ่มเลื่อนลงมาภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ในกรณีนี้จะบรรลุความเท่าเทียมกัน:

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่แท้จริง

กฎแห่งแรงเสียดทานซึ่งคำนึงถึงอิทธิพลของแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลและพื้นผิวที่ถูเขียนได้ดังนี้:

โดยที่เรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่แท้จริงคือแรงกดดันเพิ่มเติมที่เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล S คือพื้นที่รวมของการสัมผัสโดยตรงของวัตถุที่ถู

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานการหมุน

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานการหมุน (k) สามารถกำหนดเป็นอัตราส่วนของโมเมนต์แรงเสียดทานการหมุน () ต่อแรงที่ร่างกายถูกกดทับส่วนรองรับ (N):

โปรดทราบว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการกลิ้งมักแสดงด้วยตัวอักษร ค่าสัมประสิทธิ์นี้ต่างจากค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่กล่าวข้างต้น โดยมีมิติของความยาว นั่นคือในระบบ SI มีหน่วยวัดเป็นเมตร

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานการหมุนมีค่าน้อยกว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนมาก

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย	เชือกบางส่วนวางอยู่บนโต๊ะ ส่วนหนึ่งห้อยลงมาจากโต๊ะ ถ้าหนึ่งในสามของความยาวของเชือกห้อยอยู่บนโต๊ะ มันก็จะเริ่มเลื่อน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างเชือกกับโต๊ะคือเท่าไร?
สารละลาย	เชือกเลื่อนออกจากโต๊ะภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ให้เราแสดงแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อเชือกหนึ่งหน่วยความยาวเป็น ในกรณีนี้ ในขณะที่การเลื่อนเริ่มขึ้น แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อส่วนที่ห้อยของเชือกจะเท่ากับ: ก่อนที่จะเริ่มการเลื่อน แรงนี้จะถูกสมดุลโดยแรงเสียดทานที่กระทำกับส่วนของเชือกที่อยู่บนโต๊ะ: เนื่องจากแรงมีความสมดุล เราสามารถเขียน ():
คำตอบ

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย	ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของร่างกายบนเครื่องบินคืออะไร () หากสมการขึ้นอยู่กับเส้นทางที่มันเคลื่อนที่: โดยที่ เครื่องบินทำมุมกับขอบฟ้า
สารละลาย	ลองเขียนกฎข้อที่สองของนิวตันสำหรับแรงที่กระทำต่อวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่:

การประชุมทางวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติ

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน พวกเขา วิธีการ ของเขา การคำนวณ

เพนซ่า 2010

บทที่ 1 ส่วนทางทฤษฎี

1. ประเภทของแรงเสียดทาน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

บทที่สอง ส่วนการปฏิบัติ

การคำนวณแรงเสียดทานสถิต การเลื่อน และการหมุน

การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต

บรรณานุกรม

บทที่ 1 ส่วนทางทฤษฎี

1. ประเภทของแรงเสียดทาน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

เราพบกับแรงเสียดทานในทุกย่างก้าว คงจะถูกต้องกว่าหากกล่าวว่าหากปราศจากการเสียดสี เราจะไม่สามารถดำเนินการได้แม้แต่ก้าวเดียว แม้ว่าแรงเสียดทานจะมีบทบาทอย่างมากในชีวิตของเรา แต่ยังไม่มีการสร้างภาพที่สมบูรณ์เพียงพอของการเกิดแรงเสียดทาน นี่ไม่ใช่เพราะความจริงที่ว่าแรงเสียดทานมีลักษณะที่ซับซ้อน แต่เป็นความจริงที่ว่าการทดลองด้วยแรงเสียดทานนั้นไวต่อการปรับสภาพพื้นผิวมากและเป็นการยากที่จะทำซ้ำ

มีอยู่ ภายนอกและ แรงเสียดทานภายใน (หรือเรียกอีกอย่างว่าความหนืด ). ภายนอก แรงเสียดทานประเภทนี้เรียกว่าแรงที่เกิดขึ้นที่จุดสัมผัสของวัตถุแข็งที่ขัดขวางการเคลื่อนไหวร่วมกันของวัตถุและถูกส่งไปยังพื้นผิวสัมผัสกัน

แรงเสียดทานภายใน (ความหนืด) คือแรงเสียดทานประเภทหนึ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนไหวซึ่งกันและกัน ชั้นของของเหลวหรือก๊าซ แรงสัมผัสเกิดขึ้นระหว่างชั้นเหล่านั้น ขัดขวางการเคลื่อนที่ดังกล่าว

แรงเสียดทานภายนอกแบ่งออกเป็นแรงเสียดทานสถิต (แรงเสียดทานสถิต ) และ แรงเสียดทานจลนศาสตร์ . แรงเสียดทานสถิตเกิดขึ้นระหว่างวัตถุแข็งที่อยู่กับที่เมื่อพวกมันพยายามเคลื่อนย้ายวัตถุใดวัตถุหนึ่ง แรงเสียดทานจลนศาสตร์เกิดขึ้นระหว่างวัตถุแข็งที่กำลังเคลื่อนที่สัมผัสกัน แรงเสียดทานจลนศาสตร์ในที่สุดก็ถูกแบ่งออกเป็นแรงเสียดทานแบบเลื่อน และ แรงเสียดทานแบบกลิ้ง .

แรงเสียดทานมีบทบาทสำคัญในชีวิตมนุษย์ ในบางกรณีเขาใช้พวกมัน และในบางกรณีเขาก็ต่อสู้กับพวกมัน แรงเสียดทานมีลักษณะเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า

หากร่างกายเลื่อนไปบนพื้นผิวใดๆ การเคลื่อนไหวของร่างกายจะถูกขัดขวางแรงเสียดทานแบบเลื่อน

ที่ไหน เอ็น - แรงปฏิกิริยาภาคพื้นดิน กμ - ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเลื่อน ค่าสัมประสิทธิ์μ ขึ้นอยู่กับวัสดุและคุณภาพของการประมวลผลของพื้นผิวสัมผัสและไม่ขึ้นอยู่กับน้ำหนักตัว ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานถูกกำหนดโดยการทดลอง

แรงเสียดทานแบบเลื่อนจะตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของร่างกายเสมอ เมื่อทิศทางของความเร็วเปลี่ยนไป ทิศทางของแรงเสียดทานก็เปลี่ยนไปด้วย

แรงเสียดทานเริ่มกระทำต่อร่างกายเมื่อพยายามขยับ ถ้าแรงภายนอกเอฟ สินค้าน้อยลงไมโครนิวตัน, จากนั้นร่างกายจะไม่เคลื่อนไหว - ดังที่พวกเขากล่าวว่าจุดเริ่มต้นของการเคลื่อนไหวถูกป้องกันโดยแรงเสียดทานสถิต. ร่างกายจะเริ่มเคลื่อนไหวก็ต่อเมื่อมีแรงภายนอกเท่านั้นเอฟ จะเกินค่าสูงสุดที่แรงเสียดทานสถิตสามารถมีได้

แรงเสียดทานสถิต – แรงเสียดทานที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของวัตถุหนึ่งบนพื้นผิวของอีกวัตถุหนึ่ง

บทที่สอง ส่วนการปฏิบัติ

1. การคำนวณแรงเสียดทานสถิต การเลื่อน และการหมุน

จากที่กล่าวมาข้างต้น ฉันพบแรงเสียดทานสถิตย์ การเลื่อน และการหมุนในเชิงประจักษ์ ในการทำเช่นนี้ฉันใช้ร่างกายหลายคู่อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ที่แรงเสียดทานจะเกิดขึ้นและอุปกรณ์สำหรับวัดแรง - ไดนาโมมิเตอร์

นี่คือคู่ของร่างกายดังต่อไปนี้:

บล็อกไม้ในรูปแบบของสี่เหลี่ยมขนานที่มีมวลจำนวนหนึ่งและโต๊ะไม้มันปลาบ

บล็อกไม้ในรูปสี่เหลี่ยมด้านขนานที่มีมวลน้อยกว่าอันแรกและโต๊ะไม้เคลือบเงา

บล็อกไม้ในรูปทรงกระบอกมวลหนึ่งและโต๊ะไม้เคลือบเงา

บล็อกไม้ในรูปทรงกระบอกที่มีมวลน้อยกว่าอันแรกและโต๊ะไม้เคลือบเงา

หลังจากทำการทดลองแล้ว ก็ได้ข้อสรุปดังนี้

แรงเสียดทานสถิตย์ การเลื่อน และการหมุนถูกกำหนดโดยการทดลอง

แรงเสียดทานสถิต:

สำหรับ 1) Fp=0.6 N, 2) Fp=0.4 N, 3) Fp=0.2 N, 4) Fp=0.15 N

แรงเสียดทานแบบเลื่อน:

สำหรับ 1) Fс=0.52 N, 2) Fс=0.33 N, 3) Fс=0.15 N, 4) Fс=0.11 N

แรงเสียดทานแบบกลิ้ง:

สำหรับ 3) Fk=0.14 N, 4) Fk=0.08 N

ดังนั้นฉันจึงพิจารณาการทดลองแรงเสียดทานภายนอกทั้งสามประเภทและได้สิ่งนั้นมา

Fп> Fс > Fк สำหรับตัวเดียวกัน

2. การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต

แต่สิ่งที่น่าสนใจกว่านั้นไม่ใช่แรงเสียดทาน แต่เป็นค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน จะคำนวณและกำหนดได้อย่างไร? และฉันพบเพียงสองวิธีในการกำหนดแรงเสียดทาน

วิธีแรกนั้นง่ายมาก การรู้สูตรและการกำหนดเชิงประจักษ์ และ N สามารถกำหนดค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานสถิต การเลื่อน และการหมุนได้

1) ไม่มี  0.81 นิวตัน, 2) ไม่มี  0.56 นิวตัน, 3) ไม่มี  2.3 นิวตัน, 4) ไม่มี  1.75

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต:

= 0,74; 2)  = 0,71; 3)  = 0,087; 4)  = 0,084;

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อน:

= 0,64; 2)  = 0,59; 3)  = 0,063; 4)  = 0,063

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานกลิ้ง:

3)  = 0,06; 4)  = 0,055;

โดยการตรวจสอบข้อมูลแบบตาราง ฉันยืนยันความถูกต้องของค่าของฉัน

แต่วิธีที่สองในการค้นหาสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานก็น่าสนใจมากเช่นกัน

แต่วิธีนี้จะกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตได้ดี แต่มีปัญหาหลายประการเกิดขึ้นเมื่อคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีแบบเลื่อนและแบบกลิ้ง

คำอธิบาย : ร่างกายได้พักอยู่กับอีกร่างหนึ่ง จากนั้นส่วนปลายของร่างที่สองที่ร่างแรกนอนอยู่ก็เริ่มถูกยกขึ้นจนกว่าร่างแรกจะเคลื่อนออกจากที่ของมัน

 = บาป  /cos  =tg  =BC/AC

ตามวิธีที่สอง ฉันคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตจำนวนหนึ่ง

ไม้กับไม้:

เอบี = 23.5 ซม. ค = 13.5 ซม.

P = BC/AC = 13.5/23.5 = 0.57

2. โฟมโพลีสไตรีนบนไม้:

เอบี = 18.5 ซม. พ.ศ. = 21 ซม.

P = BC/AC = 21/18.5 = 1.1

3. กระจกบนไม้:

เอบี = 24.3 ซม. พ.ศ. = 11 ซม.

P = BC/AC = 11/24.3 = 0.45

4. อลูมิเนียมบนไม้:

เอบี = 25.3 ซม. พ.ศ. = 10.5 ซม.

P = BC/AC = 10.5/25.3 = 0.41

5. เหล็กบนไม้:

เอบี = 24.6 ซม. พ.ศ. = 11.3 ซม.

P = BC/AC = 11.3/24.6 = 0.46

6. องค์กร กระจกบนไม้:

เอบี = 25.1 ซม. พ.ศ. = 10.5 ซม.

P = BC/AC = 10.5/25.1 = 0.42

7. กราไฟท์บนไม้:

เอบี = 23 ซม. พ.ศ. = 14.4 ซม.

P = BC/AC = 14.4/23 = 0.63

8. อลูมิเนียมบนกระดาษแข็ง:

เอบี = 36.6 ซม.; พ.ศ. = 17.5 ซม.

P = BC/AC = 17.5/36.6 = 0.48

9. เหล็กบนพลาสติก:

เอบี = 27.1 ซม. พ.ศ. = 11.5 ซม.

P = BC/AC = 11.5/27.1 = 0.43

10. องค์กร แก้วบนพลาสติก:

เอบี = 26.4 ซม. ค = 18.5 ซม.

P = BC/AC = 18.5/26.4 = 0.7

จากการคำนวณและการทดลองของฉัน ฉันจึงสรุปได้ว่า P >  C >  เค ซึ่งสอดคล้องกับพื้นฐานทางทฤษฎีที่นำมาจากวรรณกรรมอย่างปฏิเสธไม่ได้ ผลลัพธ์ของการคำนวณของฉันไม่ได้ไปไกลกว่าข้อมูลแบบตาราง แต่ยังเสริมด้วยด้วยเหตุนี้ฉันจึงขยายค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของวัสดุต่าง ๆ ในตาราง

วรรณกรรม

1. Kragelsky I.V., Dobychin M.N., Kombalov V.S. พื้นฐานการคำนวณแรงเสียดทานและการสึกหรอ อ.: วิศวกรรมเครื่องกล, 2520. 526 หน้า

Frolov, K.V. (เอ็ด):ไทรโบโลยีสมัยใหม่: ผลลัพธ์และแนวโน้ม. สำนักพิมพ์ LKI, 2551

Elkin V.I. “สื่อการศึกษาที่ผิดปกติในวิชาฟิสิกส์” ห้องสมุดนิตยสาร “ฟิสิกส์ในโรงเรียน” ฉบับที่ 16, 2543

ภูมิปัญญานับพันปี สารานุกรม. มอสโก, โอลมา - กด, 2549

แรงเสียดทานเป็นกระบวนการทางกายภาพหากไม่มีการเคลื่อนไหวใด ๆ ก็ไม่สามารถดำรงอยู่ในโลกของเราได้ ในวิชาฟิสิกส์ เพื่อคำนวณค่าสัมบูรณ์ของแรงเสียดทาน จำเป็นต้องทราบค่าสัมประสิทธิ์พิเศษสำหรับพื้นผิวที่เสียดสีที่กำลังพิจารณา บทความนี้จะตอบคำถามนี้

แรงเสียดทานในวิชาฟิสิกส์

ก่อนที่จะตอบคำถามว่าจะหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานได้อย่างไรจำเป็นต้องพิจารณาว่าแรงเสียดทานคืออะไรและมีแรงเท่าใด

ในฟิสิกส์ มีกระบวนการสามประเภทที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่เป็นของแข็ง นี่คือการเลื่อนและกลิ้ง แรงเสียดทานสถิตเกิดขึ้นเมื่อมีแรงภายนอกพยายามทำให้วัตถุเคลื่อนที่ แรงเสียดทานจากการเลื่อน ดังที่ชื่อบอก เกิดขึ้นเมื่อพื้นผิวด้านหนึ่งเลื่อนทับอีกพื้นผิวหนึ่ง ในที่สุด แรงเสียดทานจากการกลิ้งจะปรากฏขึ้นเมื่อวัตถุทรงกลม (ล้อ ทรงกลม) กลิ้งไปบนพื้นผิวบางส่วน

ทุกประเภทเป็นหนึ่งเดียวกันโดยข้อเท็จจริงที่ว่าพวกเขาป้องกันการเคลื่อนไหวใด ๆ และจุดที่ใช้แรงนั้นอยู่ในพื้นที่สัมผัสของพื้นผิวของวัตถุทั้งสอง นอกจากนี้ทุกประเภทยังแปลงพลังงานกลเป็นความร้อนอีกด้วย

สาเหตุของการเลื่อนและแรงเสียดทานสถิตคือความหยาบระดับจุลภาคบนพื้นผิวที่เสียดสี นอกจากนี้ประเภทนี้ยังเกิดจากไดโพล-ไดโพลและปฏิกิริยาประเภทอื่นระหว่างอะตอมและโมเลกุลที่ก่อตัวเป็นวัตถุถู

สาเหตุของแรงเสียดทานจากการกลิ้งนั้นสัมพันธ์กับฮิสเทรีซิสของการเสียรูปแบบยืดหยุ่นที่ปรากฏ ณ จุดที่สัมผัสกันระหว่างวัตถุที่กลิ้งกับพื้นผิว

แรงเสียดทานและสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

แรงเสียดทานที่เป็นของแข็งทั้งสามประเภทอธิบายได้ด้วยนิพจน์ที่มีรูปแบบเหมือนกัน ให้มัน:

โดยที่ N คือแรงที่กระทำตั้งฉากกับพื้นผิวบนร่างกาย เรียกว่าปฏิกิริยาพื้น ค่า µ t เรียกว่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานประเภทที่สอดคล้องกัน

ค่าสัมประสิทธิ์การเลื่อนและแรงเสียดทานสถิตนั้นเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้โดยการดูความเท่าเทียมกันของแรงเสียดทานและค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ด้านซ้ายของสมการแสดงเป็นนิวตัน ด้านขวาแสดงเป็นนิวตันด้วย เนื่องจากปริมาณ N คือแรง

สำหรับแรงเสียดทานจากการกลิ้งค่าสัมประสิทธิ์ของมันจะเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ แต่ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของลักษณะเชิงเส้นของการเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นต่อรัศมีของวัตถุกลิ้ง

ควรจะกล่าวว่าค่าทั่วไปของค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนและแบบสถิตคือหนึ่งในสิบของความสามัคคี สำหรับค่าสัมประสิทธิ์นี้สอดคล้องกับหนึ่งในร้อยและหนึ่งในพันของหน่วย

จะหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานได้อย่างไร?

ค่าสัมประสิทธิ์ µ t ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการที่ยากต่อการนำมาพิจารณาทางคณิตศาสตร์ เรามาแสดงรายการบางส่วนกัน:

• วัสดุของพื้นผิวถู
• คุณภาพของการรักษาพื้นผิว
• การปรากฏตัวของสิ่งสกปรก น้ำ ฯลฯ.;
• อุณหภูมิพื้นผิว

ดังนั้นจึงไม่มีสูตรสำหรับ µ t และต้องวัดจากการทดลอง เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ควรแสดงจากสูตรของ F t เรามี:

ปรากฎว่าการรู้ µ เสื้อ จำเป็นต้องค้นหาแรงเสียดทานและปฏิกิริยาของส่วนรองรับ

การทดลองที่เกี่ยวข้องจะดำเนินการดังนี้:

1. ยกตัวอย่างเช่น ลำตัวและเครื่องบินที่ทำจากไม้
2. เกี่ยวไดนาโมมิเตอร์เข้ากับตัวเครื่องและเคลื่อนไปบนพื้นผิวเท่าๆ กัน

ในกรณีนี้ ไดนาโมมิเตอร์จะแสดงแรงที่แน่นอนซึ่งเท่ากับ F t เท่ากับน้ำหนักของร่างกายบนพื้นแนวนอน

วิธีการที่อธิบายไว้ช่วยให้คุณเข้าใจว่าค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทานเท่ากับเท่าใด ในทำนองเดียวกัน คุณสามารถทดลองหาค่า µ t การหมุนได้

วิธีทดลองอีกวิธีหนึ่งในการพิจารณา µ t แสดงไว้ในรูปแบบของปัญหาในย่อหน้าถัดไป

ปัญหาในการคำนวณ µt

คานไม้อยู่บนพื้นผิวกระจก โดยการค่อยๆ เอียงพื้นผิว พบว่าการเลื่อนของลำแสงเริ่มต้นที่มุมเอียง 15 o ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตของคู่ไม้-แก้วคือเท่าไร?

เมื่อลำแสงอยู่บนระนาบเอียงที่ 15 o แรงเสียดทานขณะพักจะมีค่าสูงสุด มันเท่ากับ:

แรง N ถูกกำหนดโดยสูตร:

เมื่อใช้สูตรสำหรับ µ t เราจะได้:

µ t = F t /N = m*g*sin(α)/(m*g*cos(α)) = สีแทน(α)

เมื่อแทนมุม α เราจะได้คำตอบ: µ t = 0.27