Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Messen Sie die Bewegungszeit
- Reibungskraft berechnen
- Zeichnen Sie die Reibungskraft
- Rampendaten aufzeichnen
Reibung tritt auf zwei Arten auf: kinetisch und statisch. Kinetische Reibung wirkt auf ein Objekt, das auf einer Oberfläche gleitet, während statische Reibung auftritt, wenn Reibung die Bewegung des Objekts verhindert. Ein einfaches, aber wirksames Reibungsmodell ist, dass die Reibungskraft f gleich dem Produkt der Normalkraft N und einer Zahl ist, die als Reibungskoeffizient μ bezeichnet wird. Der Koeffizient ist für jedes Materialpaar unterschiedlich, das sich berührt, einschließlich eines Materials, das mit sich selbst interagiert. Die Normalkraft ist die Kraft senkrecht zur Grenzfläche zwischen zwei Gleitflächen - mit anderen Worten, wie stark sie gegeneinander drücken.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Die Formel zur Berechnung des Reibungskoeffizienten lautet μ = f ÷ N. Die Reibungskraft f wirkt immer in die entgegengesetzte Richtung der beabsichtigten oder tatsächlichen Bewegung, jedoch nur parallel zur Oberfläche.
Messen Sie die Bewegungszeit
Um die Reibungskraft zu messen, führen Sie ein Experiment durch, bei dem ein Block, der von einer Schnur gezogen wird, die über eine Rolle läuft und an einer hängenden Masse befestigt ist, über eine Schiene gleitet. Starten Sie den Block so weit wie möglich von der Riemenscheibe entfernt, lassen Sie den Block los und zeichnen Sie die Zeit t auf, die erforderlich ist, um eine Strecke L entlang der Strecke zu fahren. Wenn die hängende Masse klein ist, müssen Sie den Block möglicherweise leicht anstoßen, um ihn in Bewegung zu setzen. Wiederholen Sie diese Messung mit verschiedenen Aufhängemassen.
Reibungskraft berechnen
Berechnen Sie die Reibungskraft. Berechnen Sie zunächst Fnet, die Nettokraft auf den Block. Die Gleichung lautet Fnet = 2ML ÷ t2, wobei M die Masse des Blocks in Gramm ist.
Die auf den Block ausgeübte Kraft (Fapplied) ist der Zug von der Schnur, der durch das Gewicht der hängenden Masse (m) verursacht wird. Berechnen Sie die aufgebrachte Kraft, Fapplied = mg, wobei g = 9,81 Meter pro Sekunde im Quadrat, die Gravitationsbeschleunigungskonstante.
Berechnen Sie N, die Normalkraft ist das Gewicht des Blocks. N = Mg.
Berechnen Sie nun die Reibungskraft f, die Differenz zwischen der aufgebrachten Kraft und der Nettokraft. Die Gleichung lautet f = Fapplied - Fnet.
Zeichnen Sie die Reibungskraft
Zeichnen Sie die Reibungskraft f auf der y-Achse gegen die Normalkraft N auf der x-Achse auf. Die Steigung gibt Ihnen den kinetischen Reibungskoeffizienten.
Rampendaten aufzeichnen
Legen Sie das Objekt an einem Ende auf die Schiene und heben Sie dieses Ende langsam an, um eine Rampe zu bilden. Notieren Sie den Winkel θ, unter dem der Block gerade zu gleiten beginnt. In diesem Winkel ist die auf die Rampe einwirkende Schwerkraft kaum größer als die Reibungskraft, die verhindert, dass der Block zu rutschen beginnt. Die Berücksichtigung der Reibungsphysik mit der Geometrie der schiefen Ebene ergibt eine einfache Formel für den Haftreibungskoeffizienten: μ = tan (θ), wobei μ der Reibungskoeffizient und θ der Winkel ist.