วิธีการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• วัดเวลาของการเคลื่อนไหว
• คำนวณแรงเสียดทาน
• สร้างกราฟแรงเสียดทาน
• บันทึกข้อมูลทางลาด

แรงเสียดทานเกิดขึ้นในสองวิธี: การเคลื่อนไหวและคงที่ แรงเสียดทานจลน์ทำหน้าที่กับวัตถุที่เลื่อนบนพื้นผิวในขณะที่แรงเสียดทานแบบคงที่เกิดขึ้นเมื่อแรงเสียดทานป้องกันไม่ให้วัตถุเคลื่อนที่ แบบจำลองที่เรียบง่าย แต่มีประสิทธิภาพสำหรับแรงเสียดทานคือแรงเสียดทาน, f, เท่ากับผลคูณของแรงปกติ, N, และจำนวนที่เรียกว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน, μ ค่าสัมประสิทธิ์จะแตกต่างกันสำหรับวัสดุทุกคู่ที่ติดต่อกันรวมถึงวัสดุที่มีปฏิสัมพันธ์กับตัวเอง แรงปกติคือแรงตั้งฉากกับส่วนต่อประสานระหว่างพื้นผิวเลื่อนสองอัน - กล่าวอีกนัยหนึ่งว่าแรงผลักดันซึ่งกันและกันยากเพียงใด

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

สูตรในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานคือμ = f ÷ N แรงเสียดทาน f, มักจะทำในทิศทางตรงกันข้ามของการเคลื่อนไหวที่ตั้งใจหรือที่เกิดขึ้นจริง แต่ขนานไปกับพื้นผิว

วัดเวลาของการเคลื่อนไหว

หากต้องการวัดแรงเสียดทานให้ตั้งค่าการทดสอบที่บล็อกซึ่งถูกดึงด้วยเชือกที่วิ่งข้ามรอกและยึดติดกับมวลแขวนลอยเลื่อนไปตามรางรถไฟ เริ่มบล็อกให้ห่างจากลูกรอกเท่าที่จะทำได้ปล่อยบล็อกและบันทึกเวลา t ใช้เวลาในการเคลื่อนย้ายระยะทาง L ตลอดเส้นทาง เมื่อมวลที่แขวนอยู่มีขนาดเล็กคุณอาจจำเป็นต้องเขยิบบล็อกออกไปเล็กน้อยเพื่อให้มันเคลื่อนที่ ทำซ้ำการวัดนี้ด้วยมวลแขวนที่แตกต่างกัน

คำนวณแรงเสียดทาน

คำนวณแรงเสียดทาน ในการเริ่มต้นอันดับแรกให้คำนวณ Fnet ซึ่งเป็นแรงสุทธิบนบล็อก สมการคือ Fnet = 2ML ÷ t²โดยที่ M คือมวลของบล็อกเป็นกรัม

แรงที่ใช้กับบล็อก, Fapplied เป็นแรงดึงจากสาเหตุของสตริงโดยน้ำหนักของมวลแขวน, m คำนวณแรงที่ใช้, Fapplied = mg, โดยที่ g = 9.81 เมตรต่อวินาทีกำลังสอง, ค่าคงที่การเร่งความเร็วความโน้มถ่วง

คำนวณ N แรงปกติคือน้ำหนักของบล็อก N = มก.

ทีนี้, คำนวณแรงเสียดทาน, f, ความแตกต่างระหว่างแรงที่ใช้กับแรงสุทธิ สมการคือ f = Fapplied - Fnet

สร้างกราฟแรงเสียดทาน

กราฟแรงเสียดทาน, f, บนแกน y เทียบกับแรงปกติ, N, บนแกน x ความชันจะให้ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์คุณ

บันทึกข้อมูลทางลาด

วางวัตถุบนแทร็กที่ปลายด้านหนึ่งและค่อยๆยกปลายนั้นขึ้นเพื่อทำทางลาด บันทึกมุมθที่บล็อกเพิ่งเริ่มเลื่อน ในมุมนี้แรงโน้มถ่วงที่มีประสิทธิภาพที่ลาดลงไปทางลาดนั้นมีค่ามากกว่าแรงเสียดทานที่ป้องกันไม่ให้บล็อกตั้งแต่ต้นจนจบ การรวมฟิสิกส์ของแรงเสียดทานเข้ากับรูปทรงเรขาคณิตของระนาบเอียงทำให้สูตรง่าย ๆ สำหรับสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต: μ = tan (θ) โดยที่μคือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานและθคือมุม