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Le superfici esercitano una forza di attrito che resiste ai movimenti di scorrimento ed è necessario calcolare la dimensione di questa forza come parte di molti problemi di fisica. La quantità di attrito dipende principalmente dalla "forza normale", che le superfici esercitano sugli oggetti che si trovano su di loro, nonché dalle caratteristiche della superficie specifica che stai prendendo in considerazione. Per la maggior parte degli scopi, è possibile utilizzare la formula F = μN per calcolare l'attrito, con N in piedi per la forza "normale" e "μ"Incorporando le caratteristiche della superficie.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Calcola la forza di attrito usando la formula:
F = μN
Dove N è la forza normale e μ è il coefficiente di attrito per i tuoi materiali e se sono fissi o in movimento. La forza normale è uguale al peso dell'oggetto, quindi questo può anche essere scritto:
F = μmg
Dove m è la massa dell'oggetto e g è l'accelerazione dovuta alla gravità. L'attrito agisce per contrastare il movimento dell'oggetto.
Che cos'è l'attrito?
L'attrito descrive la forza tra due superfici quando si tenta di spostarsi l'una sull'altra. La forza resiste al movimento e nella maggior parte dei casi la forza agisce nella direzione opposta al movimento. Giù a livello molecolare, quando si premono due superfici insieme, si possono incastrare piccole imperfezioni in ciascuna superficie e potrebbero esserci forze attrattive tra le molecole di un materiale e l'altro. Questi fattori rendono più difficile spostarli uno di fronte all'altro. Tuttavia, non si lavora a questo livello quando si calcola la forza di attrito. Per le situazioni quotidiane, i fisici raggruppano tutti questi fattori nel "coefficiente" μ.
Calcolo della forza di attrito
La forza "normale" descrive la forza su cui la superficie su cui un oggetto poggia (o viene premuto) esercita sull'oggetto. Per un oggetto fermo su una superficie piana, la forza deve opporsi esattamente alla forza dovuta alla gravità, altrimenti l'oggetto si sposterebbe, secondo le leggi del movimento di Newton. La forza "normale" (N) è il nome della forza che lo fa.
Agisce sempre perpendicolarmente alla superficie. Ciò significa che su una superficie inclinata, la forza normale punta ancora direttamente dalla superficie, mentre la forza di gravità punta direttamente verso il basso.
La forza normale può essere semplicemente descritta nella maggior parte dei casi da:
N = mg
Qui, m rappresenta la massa dell'oggetto e g indica l'accelerazione dovuta alla gravità, che è di 9,8 metri al secondo al secondo (m / s2) o reti per chilogrammo (N / kg). Questo corrisponde semplicemente al "peso" dell'oggetto.
Per le superfici inclinate, la forza della forza normale è ridotta quanto più la superficie è inclinata, quindi la formula diventa:
N = mg cos (θ)
Con θ in piedi per l'angolo a cui è inclinata la superficie.
Per un semplice esempio di calcolo, considera una superficie piana con un blocco di legno da 2 kg seduto su di esso. La forza normale puntava direttamente verso l'alto (per sostenere il peso del blocco) e calcolavi:
N = 2 kg × 9,8 N / kg = 19,6 N
Il coefficiente dipende dall'oggetto e dalla situazione specifica con cui stai lavorando. Se l'oggetto non si sta già muovendo attraverso la superficie, si utilizza il coefficiente di attrito statico μstatico, ma se si muove usi il coefficiente di attrito radente μdiapositiva.
In generale, il coefficiente di attrito radente è inferiore al coefficiente di attrito statico. In altre parole, è più facile far scorrere qualcosa che è già scorrevole piuttosto che far scorrere qualcosa che è fermo.
I materiali che stai prendendo in considerazione influenzano anche il coefficiente. Ad esempio, se il blocco di legno precedente si trovava su una superficie di mattoni, il coefficiente sarebbe 0,6, ma per il legno pulito può essere ovunque da 0,25 a 0,5. Per il ghiaccio sul ghiaccio, il coefficiente statico è 0,1. Ancora una volta, il coefficiente di scorrimento lo riduce ancora di più, a 0,03 per il ghiaccio su ghiaccio e 0,2 per il legno su legno. Cerca questi per la tua superficie usando una tabella online (vedi Risorse).
La formula per la forza dell'attrito afferma:
F = μN
Per l'esempio, considera un blocco di legno di 2 kg di massa su un tavolo di legno, che viene spinto da fermo. In questo caso, si utilizza il coefficiente statico, con μstatico = Da 0,25 a 0,5 per il legno. presa μstatico = 0,5 per massimizzare il potenziale effetto dell'attrito e ricordare il N = 19,6 N dalla precedente, la forza è:
F = 0,5 × 19,6 N = 9,8 N
Ricorda che l'attrito fornisce solo forza per resistere al movimento, quindi se inizi a spingerlo delicatamente e diventa più solido, la forza di attrito aumenterà fino a un valore massimo, che è quello che hai appena calcolato. I fisici a volte scrivono Fmax per chiarire questo punto.
Una volta che il blocco si sta muovendo, lo usi μdiapositiva = 0,2, in questo caso:
Fdiapositiva = μdiapositiva N
= 0,2 × 19,6 N = 3,92 N