Koefisien gesekan statis, contoh, olahraga

Itu friksi statis Itu adalah kekuatan yang muncul di antara dua permukaan ketika satu permukaan tidak meluncur sehubungan dengan yang lain. Ini sangat penting, karena memungkinkan kita untuk maju saat berjalan, karena itu adalah kekuatan saat ini antara lantai dan sol sepatu. 

Itu juga gesekan statis yang muncul di antara trotoar dan ban mobil. Jika gaya ini tidak ada maka tidak mungkin bagi mobil untuk mulai bergerak, seperti pada mobil yang mencoba memulai di permukaan es: roda meluncur tetapi mobil tidak maju.

Gambar 1. Ilustrasi tentang kekuatan gesekan

Gesekan statis tergantung pada kekasaran permukaan yang bersentuhan dan juga jenis bahan yang dibuat. Itulah sebabnya ban dan sepatu olahraga adalah karet, untuk meningkatkan gesekan dengan trotoar.

Dalam model gesekan statis, karakteristik bahan dan tingkat kekasaran antara permukaan dirangkum dalam angka yang disebut Koefisien gesekan statis, yang ditentukan secara eksperimental.

[TOC]

Koefisien gesekan statis

Gambar 2. Buku di atas meja miring tetap diam karena gaya gesekan statis antara buku dan tabel. Sumber: f. Zapata.

Gambar atas menunjukkan buku yang sedang istirahat di atas meja yang memiliki kecenderungan 15,7º.

Jika permukaan buku dan meja itu sangat halus dan dipoles, buku itu tidak dapat disimpan saat istirahat. Tetapi karena tidak, kekuatan muncul yang bersinggungan dengan permukaan yang disebut gaya yang disebut friksi statis. 

Jika sudut kemiringan cukup besar, maka tidak cukup friksi statis Untuk menyeimbangkan buku dan ini akan mulai meluncur.

Dalam hal ini ada juga gesekan antara buku dan meja, tetapi itu akan menjadi a kekuatan Gesekan dinamis, disebut juga gesekan kinetik.

Ada perbatasan antara gesekan statis dan gesekan dinamis, yang terjadi pada saat di mana gesekan statis mencapai nilai maksimumnya.

Dapat melayani Anda: efek doppler: deskripsi, rumus, kasus, contohGambar 3. Blok istirahat pada pesawat miring sedang istirahat berkat gaya gesekan statis. Sumber: f. Zapata.

Pertimbangkan pada Gambar 2, diagram gaya dari buku massa M yang tetap diam di bidang kemiringan α.

Buku ini tetap diam karena gaya gesekan F, tipe statis, menyeimbangkan sistem.

Jika sudut kecenderungan tumbuh sedikit, maka permukaan kontak harus memasok lebih banyak gaya gesekan, tetapi jumlah rubb statis_Max, artinya:

F ≤ f_Max.

Gaya gesekan statis maksimum akan tergantung pada bahan dan tingkat kekasaran permukaan yang bersentuhan, serta ketegasan genggaman.

Koefisien gesekan statis μ_Dan Ini adalah angka positif yang tergantung pada karakteristik permukaan yang bersentuhan. Gaya normal N Bahwa bidang yang diberikan pada blok menyumbang tingkat pengetatan antara permukaan blok dan pesawat. Dengan demikian mereka menentukan gaya gesekan maksimum yang disediakan oleh permukaan ketika tidak ada tanah longsor:

F_Max = μ_Dan N

Singkatnya, gaya gesekan statis mengikuti model berikut:

F ≤ μ_Dan N

Contoh: Penentuan koefisien gesekan statis

Koefisien gosok statis adalah angka tanpa dimensi yang ditentukan secara eksperimental untuk setiap pasangan permukaan. 

Kami mempertimbangkan blok di sisa Gambar 2. Kekuatan berikut menindaklanjutinya:

- Kekuatan gesekan: F

- Berat blok massa m: mG

- Kekuatan normal: N

Karena blok sedang istirahat dan tidak memiliki akselerasi, menurut hukum kedua Newton, kekuatan yang dihasilkan -jumlah vektor -adalah batal:

F + N + MG = 0

Ini dianggap sebagai sistem koordinat XY tetap dengan sumbu x di sepanjang bidang miring dan sumbu dan tegak lurus terhadapnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Itu dapat melayani Anda: Dengar Kekuatan: Kekuatan Permukaan dan Massa

Kekuatan harus dipisahkan sesuai dengan komponen Cartesian mereka, memunculkan sistem persamaan berikut:

-Komponen x: -F + mg sen (α) = 0

-Komponen dan: N - mg cos (α) = 0

Dari persamaan pertama nilai gesekan statis dibersihkan:

F = mg sen (α)

Dan dari yang kedua nilai gaya normal:

N = mg cos (α)

Gaya gesekan statis disebabkan oleh model berikut:

F ≤ μ_Dan N

Mengganti ketidaksetaraan nilai yang diperoleh sebelumnya yang kami miliki:

mg sen (α) ≤ μ_Dan mg cos (α)

Dipertimbangkan bahwa untuk nilai α antara 0º dan 90º, fungsi sinus dan cosinus keduanya positif, dan bahwa hasil bagi antara payudara dan kosinus adalah garis singgung, yang telah kita tinggalkan:

Tan (α) ≤ μ_Dan

Kesetaraan dipenuhi untuk nilai α tertentu yang disebut sudut kritis dan kami menunjukkan untuk α*, yaitu:

μ_Dan = Tan (α*)

Sudut kritis ditentukan secara eksperimental, secara bertahap meningkatkan kecenderungan ke sudut kanan di mana blok mulai meluncur, yaitu sudut kritis α*.

Dalam buku pada Gambar 1, sudut ini ditentukan secara eksperimental menghasilkan 24º. Maka koefisien gesekan statis adalah:

μ_Dan = Tan (24º) = 0,45.

Ini adalah angka positif antara 0 dan tak terbatas. Ya μ_Dan = 0 Permukaan sangat halus. Ya μ_Dan → ∞ Permukaannya terhubung atau dilas sempurna.

Biasanya nilai koefisien gesekan adalah antara 0 dan 10.

Latihan

Dalam balapan atau dragsters pique, akselerasi hingga 4G dicapai selama awal, yang dicapai dengan tepat ketika ban tidak meluncur sehubungan dengan trotoar.

Ini karena koefisien gesekan statis selalu lebih besar dari koefisien gesekan dinamis.

Dengan asumsi bahwa total berat kendaraan ditambah pengemudi adalah 600 kg dan bahwa roda belakang menopang 80% berat, tentukan gaya gesekan statis selama start 4G dan koefisien gesekan statis antara ban dan trotoar.

Dapat melayani Anda: Orion Nebula: Asal, Lokasi, Karakteristik, dan DataGambar 4. "Dragster" pada saat mulai. Sumber: Pixabay.

Larutan

Menurut undang -undang kedua Newton, kekuatan yang dihasilkan sama dengan massa total kendaraan karena percepatan yang diperolehnya.

Karena kendaraan berada dalam keseimbangan vertikal, normal dan beratnya dibatalkan sebagai gaya gesekan yang dihasilkan yang diberikan oleh trotoar pada area kontak roda traksi, tetap saja itu:

F = m (4g) = 600 kg (4 x 9,8 m/s²) = 23520 n = 2400 kg-f

Artinya gaya traksi 2,4 ton.

Kekuatan gesekan yang dikenakan roda di lantai kembali, tetapi reaksinya yang sama dan berlawanan bertindak pada ban dan terus maju. Itulah kekuatan yang mengendarai kendaraan.

Tentu saja, semua gaya ini diproduksi oleh mesin yang melalui roda mencoba mendorong lantai ke belakang, tetapi roda dan lantai digabungkan dengan gaya gesekan. 

Untuk menentukan koefisien gesekan statis, kami menggunakan fakta bahwa f yang diperoleh adalah gesekan maksimum yang mungkin, karena kami berada pada batas akselerasi maksimum, oleh karena itu: oleh karena itu:

F = μ_Dan N = μE (0,8 mg)

Fakta bahwa roda belakang traksi mendukung 0,8 kali beratnya diperhitungkan. Membersihkan koefisien gesekan diperoleh:

μ_Dan = F / (0,8 mg) = 23520 n / (0,8 x 600 kg x 9,8 m / s^2) = 5.

Kesimpulan: μ_Dan = 5.

Referensi

1. Alonso m., Finn e. 1970. Volume Fisika I: Mekanika. Dana Pendidikan Inter -American S.KE.
2. Bauer, w. 2011. Fisika untuk Teknik dan Ilmu Pengetahuan. Volume 1. MC Graw Hill.
3. Hewitt, hlm. 2012. Ilmu Fisik Konseptual. Edisi Kelima.
4. Rex, a. 2011. Dasar -dasar fisika. Pearson. 190-200.
5. Muda, Hugh. 2015. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. Edisi ke -14. Pearson.