Jenis gesekan, koefisien, perhitungan, latihan

Itu gesekan Itu adalah resistensi terhadap perpindahan satu permukaan saat bersentuhan dengan yang lain. Ini adalah fenomena superfisial yang terjadi antara bahan padat, cair dan gas. Gaya resistensi tangensial ke dua permukaan yang bersentuhan, yang menentang arah perpindahan relatif antara permukaan ini, juga disebut gaya gesekan atau gaya gesekan F_R.

Untuk menggantikan tubuh padat di permukaan, gaya eksternal harus diterapkan yang dapat mengatasi gesekan. Saat tubuh bergerak, gaya gesekan bekerja pada tubuh mengurangi kecepatannya, dan bahkan dapat menghentikannya.

Gesekan [oleh Keta, Pietter Kuiper (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/file: gesekan.Svg)]

Gaya gesekan dapat diwakili secara grafis dengan menggunakan diagram gaya tubuh yang bersentuhan dengan permukaan. Dalam diagram ini kekuatan gesekan F_R Itu ditarik oleh komponen gaya yang diterapkan pada tubuh tangensial ke permukaan.

Permukaan kontak memberikan gaya reaksi pada tubuh yang disebut gaya normal N. Dalam beberapa kasus, gaya normal hanya karena berat badan P dari tubuh yang bertumpu pada permukaan, dan dalam kasus lain, itu disebabkan oleh gaya yang diterapkan selain gaya gravitasi.

Gesekan berasal karena ada karpet mikroskopis di antara permukaan yang bersentuhan. Saat Anda mencoba memindahkan satu permukaan di sisi lain. Pada gilirannya, kehilangan energi dihasilkan dalam bentuk panas yang tidak digunakan untuk menggerakkan tubuh.

[TOC]

Jenis gesekan

Ada dua jenis gesekan utama: gesekan Coulomb o gesekan kering, dan gesekan cairan.

-Gesekan Coulomb

Gesekan Coulomb Itu selalu menentang pergerakan tubuh dan dibagi lagi menjadi dua jenis gesekan: gesekan statis dan gesekan kinetik (atau dinamis).

Dalam gesekan statis tidak ada gerakan tubuh di permukaan. Gaya yang diterapkan sangat rendah dan tidak cukup untuk mengatasi gaya gesekan. Gesekan memiliki nilai maksimum yang sebanding dengan gaya normal dan disebut gaya gesekan statis F_ulang.

Gaya gesekan statis didefinisikan sebagai gaya maksimum yang menolak pada awal gerakan tubuh. Ketika gaya yang diterapkan melebihi gaya gesekan statis, tetap pada nilai maksimumnya.

Gesekan kinetik bertindak saat tubuh sedang bergerak. Kekuatan yang dibutuhkan untuk menjaga tubuh dengan gesekan disebut gaya gesekan kinetik F_RC.

Gaya gesekan kinetik kurang dari atau sama dengan gaya gesekan statis karena begitu tubuh mulai bergerak, lebih mudah untuk terus memindahkannya daripada mencoba melakukannya saat istirahat.

Hukum gesekan Coulomb

1. Gaya gesekan berbanding lurus dengan gaya normal ke permukaan kontak. Konstanta proporsionalitas adalah koefisien gesekan μ yang ada di antara permukaan yang bersentuhan.
2. Gaya gesekan tidak tergantung pada ukuran area kontak yang jelas di antara permukaan.
3. Gaya gesekan kinetik tidak tergantung pada kecepatan geser tubuh.

-Gesekan cairan

Gesekan juga terjadi ketika tubuh bergerak bersentuhan dengan bahan cairan atau gas. Jenis gesekan ini disebut gesekan cairan dan didefinisikan sebagai resistensi terhadap pergerakan tubuh yang bersentuhan dengan cairan.

Ini dapat melayani Anda: Eksperimen Fisika Mudah (Universitas Primer)

Gesekan cairan juga mengacu pada resistansi cairan untuk mengalir dalam kontak dengan lapisan fluida dari bahan yang sama atau yang berbeda, dan tergantung pada kecepatan dan viskositas cairan. Viskositas adalah ukuran resistensi terhadap pergerakan cairan.

-Gesekan Stokes

Stokes gesekan adalah jenis gesekan fluida di mana partikel bola terbenam dalam cairan kental, dalam aliran laminar, mengalami gaya gesekan yang memperlambat pergerakannya karena fluktuasi molekul fluida.

Gesekan Stokes [oleh Kraaiennest (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/file: stokes_sphere.Svg)]

Alirannya adalah laminar ketika kekuatan kental, yang menentang pergerakan cairan, lebih besar dari kekuatan inersia dan cairan bergerak dengan kecepatan yang cukup kecil dan dalam lintasan bujursangkar.

Koefisien gesekan

Menurut hukum gesekan pertama Coulomb Koefisien gesekan μ Itu diperoleh dari hubungan antara gaya gesekan dan gaya normal ke permukaan kontak.

μ = f_R/N

Koefisien μ Ini adalah jumlah tanpa dimensi, karena itu adalah hubungan antara dua kekuatan, yang tergantung pada sifat dan pengobatan bahan yang bersentuhan. Umumnya nilai koefisien gesekan adalah antara 0 dan 1.

Koefisien gesekan statis

Koefisien gesekan statis adalah konstanta proporsionalitas yang ada antara gaya yang mencegah pergerakan tubuh dalam keadaan kontak pada permukaan kontak dan gaya normal ke permukaan.

μ_Dan= F_ulang/N

Koefisien gesekan kinetik

Koefisien gesekan kinetik adalah konstanta proporsionalitas yang ada antara kekuatan yang membatasi pergerakan tubuh yang bergerak pada permukaan dan gaya normal ke permukaan.

μ_C= F_RC/N

Koefisien gesekan statis lebih besar dari koefisien gesekan kinetik.

μ_S> μ_C

Koefisien gesekan elastis

Koefisien gesekan elastis berasal dari gesekan antara permukaan kontak bahan elastis, lunak atau kasar yang dideformasi oleh gaya yang diterapkan. Gesekan menentang pergerakan relatif antara dua permukaan elastis dan perpindahan disertai dengan deformasi elastis dari lapisan permukaan material.

Koefisien gesekan yang diperoleh dalam kondisi ini tergantung pada tingkat kekasaran permukaan, pada sifat fisik bahan kontak dan besarnya komponen tangensial dari gaya mendengar dalam antarmuka material.

Koefisien gesekan molekuler

Koefisien gesekan molekuler diperoleh dari gaya yang membatasi pergerakan partikel yang meluncur pada permukaan lunak atau melalui cairan.

Bagaimana gesekan dihitung?

Gaya gesekan dalam antarmuka padat dihitung menggunakan persamaan F_R = μn

N Itu adalah kekuatan normal dan μ Itu adalah koefisien gesekan.

Dalam beberapa kasus gaya normal sama dengan berat tubuh P. Berat diperoleh dengan mengalikan massa M tubuh karena percepatan gravitasi G.

P= mg

Dengan mengganti persamaan berat dalam persamaan gaya gesekan, diperoleh:

Itu dapat melayani Anda: percepatan rata -rata: bagaimana itu dihitung dan dipecahkan

F_R = μmg

Karakteristik normal

Ketika suatu objek beristirahat di permukaan datar, gaya normal adalah yang mengerahkan permukaan pada tubuh, dan menentang gaya karena gravitasi, menurut hukum aksi dan reaksi Newton.

Gaya normal selalu bertindak tegak lurus terhadap permukaan. Pada permukaan yang miring, normal berkurang karena sudut kemiringan meningkat dan titik dalam arah tegak lurus jauh dari permukaan, sedangkan berat titik ke bawah secara vertikal ke bawah. Persamaan gaya normal pada permukaan yang miring adalah:

N = mgcosθ

θ = sudut kemiringan permukaan kontak.

Gesekan dalam bidang miring [oleh Mets501 (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/file: free_body.Svg)]

Komponen gaya yang bekerja pada tubuh untuk meluncur adalah:

F = mgsenθ

Karena gaya yang diterapkan meningkat ke nilai maksimum gaya gesekan, nilai ini sesuai dengan gaya gesekan statis. Kapan  F = f_ulang, Kekuatan gesekan statis adalah:

F_ulang= mgsenθ

Dan koefisien gesekan statis diperoleh dengan garis singgung sudut kemiringan θ.

μ_Dan = tanθ

Latihan terpecahkan

-Gaya gesekan objek yang bertumpu pada permukaan horizontal

Kotak 15kg yang ditempatkan pada permukaan horizontal didorong oleh orang yang menerapkan kekuatan 50 Newton di sepanjang permukaan untuk bergerak dan kemudian menerapkan kekuatan 25 N untuk menjaga kotak tetap bergerak pada kecepatan konstan. Tentukan koefisien gesekan statis dan kinetik.

Kotak bergerak di permukaan horizontal

Solusi: Dengan nilai gaya yang diterapkan untuk memindahkan kotak, koefisien gesekan statis diperoleh μ_Dan.

μ_Dan= F_ulang/N

Gaya normal N ke permukaan sama dengan berat kotak, jadi N = m.G

N = 15kgx9,8m/s²

N = 147NEW

Pada kasus ini, μ_Dan= 50New/147NEW

μ_Dan= 0,34

Gaya yang diterapkan untuk mempertahankan kecepatan kotak konstan adalah gaya gesekan kinetik yang sama dengan 25NEW.

Koefisien gesekan kinetik diperoleh dengan persamaan μ_C= F_RC /N

μ_C= 25New/147NEW

μ_C= 0,17

-Gaya gesekan suatu objek di bawah aksi kekuatan dengan sudut kecenderungan

Seorang pria menerapkan kekuatan ke kotak 20kg, dengan sudut aplikasi 30 ° dalam kaitannya dengan permukaan tempat ia beristirahat. Berapa besar gaya yang diterapkan untuk memindahkan kotak jika koefisien gesekan antara kotak dan permukaannya 0,5?

Solusi: Gaya yang diterapkan dan komponen vertikal dan horizontal diwakili dalam diagram tubuh bebas.

Diagram benda bebas

Gaya yang diterapkan membentuk sudut 30 ° dengan permukaan horizontal. Komponen vertikal gaya menambah gaya normal yang mempengaruhi gaya gesekan statis. Kotak bergerak ketika komponen horizontal dari gaya yang diterapkan melebihi nilai maksimum gaya gesekan F_ulang. Dengan mencocokkan komponen horizontal gaya dengan gesekan statis, diperoleh:

F_ulang = Fcosθ                       [1]

F_ulang= μ_Dan.N                          [2]

Itu dapat melayani Anda: Rutherford Atomic Model: History, Experiments, Postulate

μ_Dan.N = fcosθ                      [3]

kekuatan normal

Gaya normal tidak lagi berat badan karena komponen gaya vertikal.

Menurut hukum kedua Newton, jumlah kekuatan yang bekerja pada kotak pada sumbu vertikal batal, oleh karena itu komponen vertikal dari akselerasi adalah ke_Dan= 0. Gaya normal diperoleh dari jumlah

F sen30 ° + n - p = 0                      [4]

P = m.G                                        [5]

F snn 30 ° + n - m.G = 0                [6]

N = m.G - f sen 30 °                      [7]

Saat mengganti persamaan [7] dalam persamaan [3] berikut ini diperoleh:

μ_Dan. (M.G - f sin 30 °) = fcos30 °     [8]

Itu jelas F Dari Persamaan [8] dan diperoleh:

F = μ_Dan . M.G /(cos 30 ° + μ_Dan sin 30 °) = 0,5 x 20kg x 9,8m/s² / (0,87+ (0,5 x 0,5)) =

F = 87.5New

-Gesekan dalam kendaraan yang bergerak

Kendaraan 1,5 ton bergerak di jalan bujursangkar dan horizontal dengan kecepatan 70 km/jam. Pengemudi memvisualisasikan, pada jarak tertentu, rintangan di jalan yang memaksanya untuk berhenti dengan tajam. Setelah menghentikan kendaraan skate untuk waktu yang singkat sampai berhenti. Jika koefisien gesekan antara ban dan jalan adalah 0,7; Tentukan yang berikut:

1. Berapa nilai gesekan saat kendaraan patina?
2. Perlambatan kendaraan
3. Jarak yang ditempuh oleh kendaraan dari berhenti sampai berhenti.

Larutan:

Bagian a

Diagram tubuh bebas menunjukkan kekuatan yang bekerja pada kendaraan saat bermain skating.

Pasukan yang bertindak dalam kendaraan yang bergerak

Karena jumlah gaya yang bekerja pada sumbu vertikal adalah nol, gaya normal sama dengan berat kendaraan.

N = m.G

M = 1,5 ton = 1500kg

N = 1500kgx9,8m/s²= 14700NEW

Kekuatan gesekan kendaraan saat skating adalah:

F_R = μn = 0,7x14700New

= 10290 BARU

Bagian b

Kekuatan gesekan mempengaruhi penurunan kecepatan kendaraan saat bermain skating.

Saat menerapkan hukum kedua Newton, nilai perlambatan diperoleh dengan membersihkan persamaan F = m.ke

A = f/m

a = (-10290 baru)/ 1500kg

= -6.86m/s²

Bagian c

Kecepatan kendaraan awal adalah v₀ = 70km/h = 19.44m/s

Saat kendaraan menghentikan kecepatan terakhirnya v_F = 0 Dan perlambatannya a = -6.86m/s²

Jarak yang ditempuh oleh kendaraan, karena berhenti sampai berhenti, diperoleh dengan membersihkan D dari persamaan berikut:

v_F² = v₀²+2ad

D = (v_F² - v₀²)/2a

= ((0)²-(19.44m/s)²)/(2x (-6.86m/s²)

D = 27.54m

Kendaraan itu bepergian 27.54m jarak sebelum berhenti.

 Referensi

1. Perhitungan koefisien gesekan dalam kondisi kontak elastis. Mikhin, n m. 2, 1968, Soviet Material Science, Vol. 4, hlm. 149-152.
2. Blau, P J. Sains dan Teknologi Gesekan. Florida, AS: CRC Press, 2009.
3. Hubungan antara adhesi dan kekuatan gesekan. Isralachvili, J N, Chen, You-Lung dan Yoshizawa, h. 11, 1994, Jurnal Ilmu dan Teknologi Adhesi, Vol. 8, hlm. 1231-1249.
4. Zimba, J. Kekuatan dan gerakan. Baltimore, Maryland: The Johns Hopkins University Press, 2009.
5. Bhushan, b. Prinsip dan Aplikasi Tribologi. New York: John Wiley and Sons, 1999.
6. Sharma, c s dan purohit, k. Teori mekanisme dan mesin. New Delhi: Prentice Hall of India, 2006.