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Die meisten Menschen verstehen Reibung auf intuitive Weise. Wenn Sie versuchen, ein Objekt entlang einer Oberfläche zu schieben, hält der Kontakt zwischen dem Objekt und der Oberfläche dem Schieben bis zu einer bestimmten Druckstärke stand. Die mathematische Berechnung der Reibungskraft umfasst normalerweise den „Reibungskoeffizienten“, der beschreibt, wie stark die beiden spezifischen Materialien „aneinander haften“, um einer Bewegung standzuhalten, und etwas, das als „Normalkraft“ bezeichnet wird und sich auf die Masse des Objekts bezieht. Aber wenn Sie den Reibungskoeffizienten nicht kennen, wie berechnen Sie die Kraft? Sie können dies entweder erreichen, indem Sie ein Standardergebnis online nachschlagen oder ein kleines Experiment durchführen.
Experimentell die Kraft der Reibung finden
Verwenden Sie das betreffende Objekt und einen kleinen Teil der Oberfläche, den Sie frei bewegen können, um eine geneigte Rampe einzurichten. Wenn Sie nicht die gesamte Oberfläche oder das gesamte Objekt verwenden können, verwenden Sie einfach ein Stück aus demselben Material. Wenn Sie beispielsweise einen Fliesenboden als Oberfläche haben, können Sie eine einzelne Fliese verwenden, um die Rampe zu erstellen. Wenn Sie einen Holzschrank als Objekt haben, verwenden Sie ein anderes, kleineres Objekt aus Holz (idealerweise mit einer ähnlichen Oberfläche auf dem Holz). Je näher Sie der tatsächlichen Situation kommen, desto genauer wird Ihre Berechnung.
Stellen Sie sicher, dass Sie die Neigung der Rampe anpassen können, indem Sie eine Reihe von Büchern oder ähnliches aufeinander stapeln, damit Sie die maximale Höhe geringfügig anpassen können.
Je geneigter die Oberfläche ist, desto stärker wirkt die Schwerkraft, um sie die Rampe hinunterzuziehen. Die Reibungskraft wirkt dem entgegen, aber irgendwann überwindet sie die Schwerkraft. Dies sagt Ihnen die maximale Reibungskraft für diese Materialien, und Physiker beschreiben dies durch den statischen Reibungskoeffizienten (μstatisch). Das Experiment ermöglicht es Ihnen, den Wert dafür zu finden.
Legen Sie das Objekt in einem flachen Winkel auf die Oberfläche, damit es nicht die Rampe herunterrutscht. Erhöhen Sie schrittweise die Neigung der Rampe, indem Sie Ihrem Stapel Bücher oder andere dünne Objekte hinzufügen, und finden Sie die steilste Neigung, an der Sie sie halten können, ohne dass sich das Objekt bewegt. Sie werden Schwierigkeiten haben, eine vollständig präzise Antwort zu erhalten, aber Ihre beste Schätzung wird dem wahren Wert für die Berechnung nahe kommen. Messen Sie die Höhe der Rampe und die Länge der Basis der Rampe, wenn sie sich in dieser Neigung befindet. Sie behandeln die Rampe im Wesentlichen als ein rechtwinkliges Dreieck mit dem Boden und messen die Länge und Höhe des Dreiecks.
Die Mathematik für die Situation funktioniert ordentlich, und es stellt sich heraus, dass der Tangens des Neigungswinkels den Wert des Koeffizienten angibt. Damit:
μstatisch = Bräune (θ)
Oder, weil tan = entgegengesetzt / benachbart = Länge der Basis / Höhe, berechnen Sie:
μstatisch = tan (Länge der Basis / Höhe der Rampe)
Vervollständigen Sie diese Berechnung, um den Wert für den Koeffizienten für Ihre spezifische Situation zu finden.
Tipps
F = μstatisch N
Bei dem die "N”Steht für die Normalkraft. Bei einer ebenen Fläche entspricht der Wert dem Gewicht des Objekts. Sie können also Folgendes verwenden:
F = μstatisch mg
Hier, m ist die Masse des Objekts und G ist die Erdbeschleunigung (9,8 m / s)2).
Beispielsweise hat Holz auf einer Steinoberfläche einen Reibungskoeffizienten von μstatisch = 0,3, verwenden Sie diesen Wert also für einen 10 kg schweren Holzschrank auf einer Steinoberfläche:
F = μstatisch mg
= 0,3 × 10 kg × 9,8 m / s2
= 29,4 Newton
Reibungskraft ohne Experiment finden
Suchen Sie online nach dem Reibungskoeffizienten zwischen Ihren beiden Substanzen. Beispielsweise hat ein Autoreifen auf Asphalt einen Koeffizienten von μstatisch = 0,72, Eis auf Holz hat μstatisch = 0,05 und Holz auf Backstein hat μstatisch = 0,6. Finden Sie den Wert für Ihre Situation (einschließlich des Gleitkoeffizienten, wenn Sie die Reibung nicht aus dem Stand berechnen) und notieren Sie ihn.
Die folgende Gleichung gibt Auskunft über die Stärke der Reibungskraft (mit dem Haftreibungskoeffizienten):
F = μstatisch N
Wenn Ihre Oberfläche flach und parallel zum Boden ist, können Sie Folgendes verwenden:
F = μstatisch mg
Ist dies nicht der Fall, ist die Normalkraft schwächer. Bestimmen Sie in diesem Fall den Neigungswinkel θund berechnen:
F = cos (θ) μstatisch mg
Verwenden Sie zum Beispiel einen 1 kg schweren Eisblock auf Holz mit einer Neigung von 30 °, und denken Sie daran G = 9,8 m / s2, das gibt:
F = cos (θ) μstatisch mg
= cos (30 °) × 0,05 × 1 kg × 9,8 m / s2
= 0,424 Newton