Come trovare il coefficiente di attrito: metodi sperimentali

2024 Autore: Angel Austin | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-02 17:49

L'attrito è il processo fisico senza il quale il movimento stesso nel nostro mondo non potrebbe esistere. In fisica, per calcolare il valore assoluto della forza di attrito, è necessario conoscere un coefficiente speciale per le superfici di sfregamento in esame. Come trovare il coefficiente di attrito? Questo articolo risponderà a questa domanda.

Frizione nella fisica

Prima di rispondere alla domanda su come trovare il coefficiente di attrito, è necessario considerare cos'è l'attrito e da quale forza è caratterizzato.

In fisica, ci sono tre tipi di questo processo che si verificano tra oggetti solidi. Questo è l'attrito del riposo, dello scorrimento e del rotolamento. L'attrito si verifica sempre quando una forza esterna tenta di spostare un oggetto. L'attrito scorrevole, come suggerisce il nome, si verifica quando una superficie scivola su un' altra. Infine, l'attrito volvente si verifica quando un oggetto rotondo (ruota, palla) rotola su una superficie.

Ciò che tutti i tipi hanno in comune è il fatto che impediscono a chiunqueil movimento e il punto di applicazione delle loro forze è nell'area di contatto tra le superfici di due oggetti. Inoltre, tutti questi tipi convertono l'energia meccanica in calore.

Le forze di scorrimento e di attrito statico sono causate da microscopiche rugosità sulle superfici che sfregano. Inoltre, questi tipi sono dovuti al dipolo-dipolo e ad altri tipi di interazioni tra atomi e molecole che formano corpi di sfregamento.

La causa dell'attrito volvente è legata all'isteresi della deformazione elastica che compare nel punto di contatto tra l'oggetto rotolante e la superficie.

Forza di attrito e coefficiente di attrito

Tutti e tre i tipi di forze di attrito solide sono descritti da espressioni che hanno la stessa forma. Eccola:

Fa_t=µ_tN.

Qui N è la forza che agisce perpendicolarmente alla superficie del corpo. Si chiama reazione di supporto. Il valore µ_{t- è detto coefficiente del corrispondente tipo di attrito.}

I coefficienti per l'attrito di scorrimento e di riposo sono quantità adimensionali. Questo può essere compreso osservando l'uguaglianza della forza di attrito e del coefficiente di attrito. Il lato sinistro dell'equazione è espresso in newton, anche il lato destro è espresso in newton, poiché N è una forza.

Per quanto riguarda l'attrito volvente, anche il suo coefficiente sarà un valore adimensionale, tuttavia è definito come il rapporto tra la caratteristica lineare della deformazione elastica e il raggio dell'oggetto volvente.

Va detto che i valori tipici dei coefficienti di attrito di scorrimento e di riposo sono decimi di unità. Per attritorolling, questo coefficiente corrisponde a centesimi e millesimi di unità.

Come trovare il coefficiente di attrito?

Coefficiente µ_{tdipende da una serie di fattori difficili da prendere in considerazione matematicamente. Ne elenchiamo alcuni:}

• materiale delle superfici di sfregamento;
• qualità della superficie;
• la presenza di sporco, acqua e così via;
• temperature superficiali.

Pertanto, non esiste una formula per µ_t, e deve essere misurata sperimentalmente. Per capire come trovare il coefficiente di attrito, dovrebbe essere espresso dalla formula per F_{t. Abbiamo:}

µ_t =FA_t/N.

Si scopre che per conoscere µ_{t è necessario trovare la forza di attrito e la reazione di supporto.}

L'esperimento corrispondente viene eseguito come segue:

1. Prendi un corpo e una pialla, ad esempio, di legno.
2. Attacca il dinamometro al corpo e spostalo uniformemente sulla superficie.

Allo stesso tempo, il dinamometro mostra una certa forza, che è uguale a F_{t. La reazione al suolo è uguale al peso del corpo su una superficie orizzontale.}

Il metodo descritto permette di capire qual è il coefficiente di attrito statico e di scorrimento. Allo stesso modo, puoi determinare sperimentalmente µ_trolling.

Un altro metodo sperimentale per determinare µ_{t viene fornito sotto forma di problema nel paragrafo successivo.}

Problema nel calcolare µt

La trave di legno è sulla superficie del vetro. Inclinando dolcemente la superficie, abbiamo scoperto che lo scorrimento della trave inizia con un angolo di inclinazione di 15o. Qual è il coefficiente di attrito statico per una coppia legno-vetro?

Quando la trave era su un piano inclinato a 15o, allora la forza di attrito a riposo per essa aveva un valore massimo. È uguale a:

Fa_t=mgsin(α).

La forza N è determinata dalla formula:

N=mgcos(α).

Applicando la formula per µ_{t, otteniamo:}

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

Sostituendo l'angolo α, arriviamo alla risposta: µ_{t=0, 27.}