Kitkakertoimen selvittäminen: kokeelliset menetelmät

2024 Kirjoittaja: Angel Austin | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 17:46

Kitka on fyysinen prosessi, jota ilman liikettä maailmassamme ei voisi olla olemassa. Fysiikassa kitkavoiman itseisarvon laskemiseksi on tiedettävä erityinen kerroin tarkasteltaville hankauspinnoille. Kuinka löytää kitkakerroin? Tämä artikkeli vastaa tähän kysymykseen.

Kitka fysiikassa

Ennen kuin vastaat kysymykseen, miten kitkakerroin löydetään, on pohdittava, mikä on kitka ja mikä voima sille on ominaista.

Fysiikassa tätä kiinteiden esineiden välillä tapahtuvaa prosessia on kolmenlaisia. Tämä on levon, liukumisen ja vierimisen kitkaa. Kitkaa syntyy aina, kun ulkoinen voima yrittää liikuttaa esinettä. Liukukitka, kuten nimestä voi päätellä, tapahtuu, kun yksi pinta liukuu toisen yli. Lopuksi vierintäkitka syntyy, kun pyöreä esine (pyörä, pallo) vierii jollain pinnalla.

Kaikille tyypeille on yhteistä se, että ne estävät ketäänliike ja niiden voimien kohdistamispiste on kahden esineen pintojen kosketusalueella. Lisäksi kaikki nämä tyypit muuttavat mekaanisen energian lämmöksi.

Liuku- ja staattinen kitkavoimat aiheutuvat hankaavien pintojen mikroskooppisesta karheudesta. Lisäksi nämä tyypit johtuvat dipoli-dipoli- ja muun tyyppisistä vuorovaikutuksista atomien ja molekyylien välillä, jotka muodostavat hankauskappaleita.

Viirintäkitkan syy liittyy elastisen muodonmuutoksen hystereesiin, joka ilmenee vierivän esineen ja pinnan kosketuspisteessä.

Kitkavoima ja kitkakerroin

Kaikki kolme kiinteän kitkavoiman tyyppiä kuvataan lausekkeilla, joilla on sama muoto. Tässä hän:

F_t=µ_tN.

Tässä N on voima, joka vaikuttaa kohtisuoraan kehon pintaan nähden. Sitä kutsutaan tukireaktioksi. Arvoa µ_{t- kutsutaan vastaavan kitkatyypin kertoimeksi.}

Liuku- ja lepokitkakertoimet ovat mittaamattomia suureita. Tämä voidaan ymmärtää tarkastelemalla kitkavoiman ja kitkakertoimen yhtäläisyyttä. Yhtälön vasen puoli ilmaistaan newtoneina, oikea puoli ilmaistaan myös newtoneina, koska N on voima.

Viirintäkitkan kerroin on myös dimensioton arvo, mutta se määritellään elastisen muodonmuutoksen lineaarisen ominaisuuden suhteena vierintäkappaleen säteeseen.

On sanottava, että liuku- ja lepokitkakertoimien tyypilliset arvot ovat yksikön kymmenesosia. Kitkaa vartenvieriminen, tämä kerroin vastaa yksikön sadas- ja tuhannesosia.

Miten kitkakerroin selviää?

Kerroin µ_{triippuu useista tekijöistä, joita on vaikea ottaa matemaattisesti huomioon. Listaamme joitain niistä:}

• hankauspintojen materiaali;
• pinnanlaatu;
• lika, vesi ja niin edelleen;
• pintalämpötilat.

Siksi µ_t:lle ei ole kaavaa, ja se on mitattava kokeellisesti. Ymmärtääksesi kuinka kitkakerroin löydetään, se tulisi ilmaista kaavasta F_{t. Meillä on:}

µ_t =F_t/N.

On käynyt ilmi, että tietääksesi µ_{t on tarpeen löytää kitkavoima ja tukireaktio.}

Vastaava koe suoritetaan seuraavasti:

1. Otetaan esimerkiksi runko ja kone, joka on valmistettu puusta.
2. Kiinnitä dynamometri runkoon ja liikuta sitä tasaisesti pinnan yli.

Samaan aikaan dynamometri näyttää jonkin verran voimaa, joka on yhtä suuri kuin F_{t. Maareaktio on yhtä suuri kuin kehon paino vaakatasossa.}

Kuvattu menetelmä antaa sinun ymmärtää, mikä on staattisen ja liukuvan kitkan kerroin. Vastaavasti voit kokeellisesti määrittää µ_trullaa.

Toinen kokeellinen menetelmä µ_{t määrittämiseksi on annettu tehtävän muodossa seuraavassa kappaleessa.}

Ongelma laskea µt

Puupalkki on lasipinnalla. Kallistamalla pintaa tasaisesti havaitsimme, että palkin liukuminen alkaa 15o k altevuuskulmasta. Mikä on puu-lasi-parin staattinen kitkakerroin?

Kun palkki oli k altevassa tasossa kohdassa 15o, niin sen lepokitkavoimalla oli maksimiarvo. Se on yhtä suuri kuin:

F_t=mgsin(α).

Voima N määritetään kaavalla:

N=mgcos(α).

Soveltamalla kaavaa µ_{t, saamme:}

µ_t=F_{t/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).}

Korvaamalla kulman α, saamme vastauksen: µ_{t=0, 27.}