마찰 : 유형, 계수, 계산, 연습 - 물리적 인

마찰은 서로 접촉하는 표면의 이동에 대한 저항이다. 고체, 액체 및 기체 물질 사이에서 발생하는 표면 현상입니다. 접촉하는 두 표면에 접하는 저항력 (상기 표면 사이의 상대 변위 방향에 반대)은 마찰력 또는 마찰력 F _r 이라고도합니다 .

표면에서 솔리드 바디를 변위 시키려면 마찰을 극복 할 수있는 외부 힘을 가해 야합니다. 몸이 움직일 때 마찰력이 몸에 작용하여 속도를 늦추고 심지어 멈출 수도 있습니다.

마찰

마찰력은 표면과 접촉하는 물체의 힘 다이어그램으로 그래픽으로 표현할 수 있습니다. 이 다이어그램에서 마찰력 F _r 은 표면에 접하는 몸체에 가해지는 힘의 구성 요소에 대 향하여 그려집니다.

접촉면은 수직력 N이라고하는 신체에 반력을가합니다. 어떤 경우에는 수직력이 표면에 놓인 몸체의 무게 P에만 기인하고, 다른 경우에는 중력 이외의 힘이 가해 지기도합니다.

마찰은 접촉하는 표면 사이에 미세한 거칠기가 있기 때문에 발생합니다. 한 표면을 다른 표면 위로 이동하려고 할 때 인터페이스에서 자유로운 움직임을 방지하는 거칠기 사이에 마찰이 발생합니다. 차례로 에너지 손실은 신체를 움직이는 데 사용되지 않는 열의 형태로 발생합니다.

마찰의 유형

마찰에는 쿨롱 마찰 또는 건식 마찰과 유체 마찰의 두 가지 주요 유형이 있습니다.

-쿨롱 마찰

쿨롱 마찰은 항상 물체의 움직임에 반대하며 정적 마찰과 운동 (또는 동적) 마찰이라는 두 가지 유형의 마찰로 세분됩니다.

정적 마찰에서는 표면에서 신체의 움직임이 없습니다. 적용된 힘은 매우 낮고 마찰력을 극복하기에 충분하지 않습니다. 마찰은 수직력에 비례하는 최대 값을 가지며 정적 마찰력 F _re 라고합니다 .

정적 마찰의 힘은 신체의 움직임 시작에 저항하는 최대 힘으로 정의됩니다. 적용된 힘이 정적 마찰력을 초과하면 최대 값을 유지합니다.

운동 마찰은 신체가 이미 움직일 때 작용합니다. 마찰과 함께 신체를 계속 움직이게하는 데 필요한 힘을 운동 마찰력 F _rc 라고합니다 .

운동 마찰력은 정지 마찰력보다 작거나 같습니다. 왜냐하면 일단 몸이 움직이기 시작하면 쉬고있을 때 움직이려고하는 것보다 계속 움직이는 것이 더 쉽기 때문입니다.

쿨롱의 마찰 법칙

마찰력은 접촉면에 수직 인 힘에 정비례합니다. 비례 상수는 접촉하는 표면 사이에 존재하는 마찰 계수 μ입니다.
마찰력은 표면 사이의 겉보기 접촉 영역의 크기와 무관합니다.
운동 마찰력은 몸체의 슬라이딩 속도와 무관합니다.

-유체 마찰

마찰은 신체가 액체 또는 기체 물질과 접촉하여 움직일 때도 발생합니다. 이러한 유형의 마찰을 유체 마찰이라고하며 유체와 접촉하는 물체의 움직임에 대한 저항으로 정의됩니다.

유체 마찰은 또한 동일하거나 다른 재료의 유체 층과 접촉하여 유동하는 유체의 저항을 나타내며 유체의 속도와 점도에 따라 달라집니다. 점도는 유체의 움직임에 대한 저항의 척도입니다.

-스톡스 마찰

스톡스 마찰은 점성 유체에 잠긴 구형 입자가 층류에서 유체 분자의 변동으로 인해 움직임을 늦추는 마찰력을 경험하는 일종의 유체 마찰입니다.

스토크 마찰

유체의 움직임에 반대하는 점성력이 관성력보다 크고 유체가 충분히 작은 속도로 직선 경로로 움직일 때 흐름은 층류입니다.

마찰 계수

Coulomb의 첫 번째 마찰 법칙에 따르면 마찰 계수 μ는 마찰력과 접촉면에 수직 인 힘 사이의 관계에서 구합니다.

계수 μ는 접촉하는 재료의 특성과 처리에 따라 달라지는 두 힘 사이의 관계이기 때문에 무 차원 양입니다. 일반적으로 마찰 계수의 값은 0과 1 사이입니다.

정적 마찰 계수

정적 마찰 계수는 접촉면에 정지 된 상태에서 신체의 움직임을 방지하는 힘과 표면에 수직 인 힘 사이에 존재하는 비례 상수입니다.

운동 마찰 계수

운동 마찰 계수는 표면에서 움직이는 물체의 움직임을 제한하는 힘과 표면에 수직 인 힘 사이에 존재하는 비례 상수입니다.

정적 마찰 계수는 운동 마찰 계수보다 큽니다.

탄성 마찰 계수

탄성 마찰 계수는 적용된 힘에 의해 변형되는 탄성, 연질 또는 거친 재료의 접촉 표면 간의 마찰에서 파생됩니다. 마찰은 두 탄성 표면 사이의 상대적인 움직임에 반대하며 변위는 재료 표면층의 탄성 변형을 동반합니다.

이러한 조건에서 얻은 마찰 계수는 표면 거칠기의 정도, 접촉하는 재료의 물리적 특성 및 재료의 계면에서 전단력의 접선 구성 요소의 크기에 따라 달라집니다.

분자 마찰 계수

분자 마찰 계수는 매끄러운 표면이나 유체를 통해 미끄러지는 입자의 움직임을 제한하는 힘에서 얻습니다.

마찰은 어떻게 계산됩니까?

솔리드 인터페이스의 마찰력은 방정식 F _r = μN을 사용하여 계산됩니다.

마찰력 방정식에서 무게 방정식을 대체하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

정상의 특성

물체가 평평한 표면에 놓여있을 때 수직력은 신체의 표면에 의해 가해지는 힘이며 뉴턴의 작용 및 반응 법칙에 따라 중력으로 인한 힘에 반대합니다.

수직력은 항상 표면에 수직으로 작용합니다. 경사면에서 경사각이 증가하면 법선이 감소하고 표면에서 멀어지는 수직 방향을 가리키는 반면 가중치는 수직 아래를 가리 킵니다. 경사면의 수직력 방정식은 다음과 같습니다.

θ = 접촉면의 경사각.

경사면 마찰

신체를 미끄러 뜨리기 위해 신체에 작용하는 힘의 구성 요소는 다음과 같습니다.

적용된 힘이 증가함에 따라 마찰력의 최대 값에 가까워지고이 값은 정적 마찰력에 해당하는 값입니다. F = F _re 일 때 정적 마찰력은 다음과 같습니다.

그리고 정 마찰 계수는 경사각 θ의 접선으로 구합니다.

해결 된 운동

-수평면에 놓인 물체의 마찰력

수평면에 놓인 15Kg 상자는 표면을 따라 50 뉴턴의 힘을 가하여 움직이게 한 다음 상자를 일정한 속도로 계속 움직 이도록 25 N의 힘을 가하는 사람에 의해 밀립니다. 정적 및 운동 마찰 계수를 결정합니다.

수평면에서 움직이는 상자

솔루션 : 상자를 움직이기 위해 적용된 힘의 값으로 정적 마찰 계수 μ _{e를 얻습니다} .

표면에 대한 수직력 N은 상자의 무게와 같으므로 N = mg

이 경우 μ _e = 50New / 147New

상자의 속도를 일정하게 유지하기 위해 적용되는 힘은 25New와 동일한 운동 마찰력입니다.

운동 마찰 계수는 방정식 μ _c = F _rc / N으로 구합니다.

-경사각을 가진 힘의 작용으로 물체의 마찰력

한 남자가 20Kg 상자에 힘을 가하고 그것이 놓인 표면에 대해 적용 각도가 30 °입니다. 상자와 표면 사이의 마찰 계수가 0.5 인 경우 상자를 이동하는 데 적용되는 힘의 크기는 얼마입니까?

솔루션 : 자유 체 다이어그램은 적용된 힘과 수직 및 수평 구성 요소를 나타냅니다.

자유 물체 다이어그램

적용된 힘은 수평면과 30 °의 각도를 이룹니다. 힘의 수직 구성 요소는 정적 마찰력에 영향을 미치는 수직력에 추가됩니다. 적용된 힘의 수평 성분이 마찰력 F _re 의 최대 값을 초과하면 상자가 이동합니다 . 힘의 수평 요소를 정적 마찰의 요소와 동일시하면 다음을 얻을 수 있습니다.

정상적인 힘

수직 힘은 힘의 수직 구성 요소로 인해 더 이상 신체의 무게가 아닙니다.

뉴턴의 두 번째 법칙에 따르면 수직축의 상자에 작용하는 힘의 합은 0이므로 가속도의 수직 성분은 _y = 0입니다. 수직력은 합에서 얻습니다.

방정식을 방정식에 대입하면 다음을 얻을 수 있습니다.

-움직이는 차량의 마찰

1.5 톤 차량이 70km / h의 속도로 직선 및 수평 도로를 주행하고 있습니다. 운전자는 특정 거리에서 도로에 장애물이있어 급제동을해야합니다. 제동 후 차량은 정지 할 때까지 잠시 미끄러집니다. 타이어와 도로 사이의 마찰 계수가 0.7이면; 다음을 결정하십시오.

차량이 미끄러지는 동안 마찰의 가치는 무엇입니까?
차량 감속
브레이크를 밟을 때부터 정지 할 때까지 차량이 이동 한 거리입니다.

미끄러질 때 차량의 마찰력은 다음과 같습니다.

= 10290 신규

섹션 b

마찰력은 미끄러질 때 차량의 감속에 영향을 미칩니다.

뉴턴의 제 2 법칙을 적용함으로써 감속 값은 방정식 F = ma를 풀어서 구합니다.

섹션 c

차량의 초기 속도는 v ₀ = 70Km / h = 19.44m / s입니다.

차량이 정지 할 때 최종 속도는 v _f = 0이고 감속은 a =-6.86m / s ^2입니다.

차량이 브레이크를 밟을 때부터 정지 할 때까지 차량이 이동 한 거리는 다음 방정식에서 d를 해결하여 구합니다.

차량은 정지하기 전에 27.54m 거리를 이동합니다.

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