마찰력을 계산하는 방법

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• TL; DR (너무 길고 읽지 않음)
• 마찰이란?
• 마찰력 계산

표면은 슬라이딩 운동에 저항하는 마찰력을 발휘하므로 많은 물리 문제의 일부로이 힘의 크기를 계산해야합니다. 마찰의 정도는 주로“정상적인 힘”, 즉 표면에있는 물체에 작용하는 표면과 고려하는 특정 표면의 특성에 따라 달라집니다. 대부분의 경우 공식을 사용할 수 있습니다 에프 = μN 마찰을 계산하기 위해 엔 "정상적인"힘과 "μ표면의 특성을 통합합니다.

TL; DR (너무 길고 읽지 않음)

다음 공식을 사용하여 마찰력을 계산하십시오.

에프 = μN

어디 엔 수직력이며 μ 재료의 마찰 계수와 고정 또는 이동 여부입니다. 수직력은 물체의 무게와 동일하므로 다음과 같이 쓸 수도 있습니다.

에프 = μmg

어디 엠 물체의 질량이며 지 중력으로 인한 가속도입니다. 마찰은 물체의 움직임에 대항하도록 작용합니다.

마찰이란?

마찰은 한면을 다른면으로 이동하려고 할 때 두면 사이의 힘을 나타냅니다. 힘은 운동에 저항하고, 대부분의 경우 힘은 운동과 반대 방향으로 작용합니다. 분자 수준에서 두 표면을 함께 누르면 각 표면의 작은 결함이 서로 맞 물릴 수 있으며 한 물질의 분자와 다른 물질 사이에 인력이있을 수 있습니다. 이러한 요소들로 인해 서로를 지나치 기가 더 어려워집니다. 하지만 마찰력을 계산할 때는이 수준에서 작동하지 않습니다. 일상적인 상황에서 물리학 자들은 이러한 모든 요소를 ​​"계수"로 묶습니다. μ.

마찰력 계산

"정상적인"힘은 물체가 놓여있는 표면이 물체에 가하는 힘을 나타냅니다. 평평한 표면에있는 정지 물체의 경우, 힘은 중력으로 인한 힘에 정확히 대향해야합니다. 그렇지 않으면 물체가 움직일 것입니다. "정상"힘 (엔)는이를 수행하는 힘의 이름입니다.

항상 표면에 수직으로 작용합니다. 이는 경사면에서 수직력이 여전히 표면에서 직접 멀어지고 중력은 아래쪽으로 직접 향함을 의미합니다.

법선 힘은 대부분 다음과 같이 간단히 설명 할 수 있습니다.

엔 = mg

이리, 엠 물체의 질량을 나타내고 지 초당 9.8 미터 (m / s) 인 중력으로 인한 가속도²) 또는 킬로그램 당 넷원 (N / kg)입니다. 이것은 단순히 물체의“무게”와 일치합니다.

경 사진 표면의 경우 표면이 기울어 질수록 수직 힘의 강도가 감소하므로 공식은 다음과 같습니다.

엔 = mg cos (θ)

와 θ 표면이 기울어 진 각도를 유지합니다.

간단한 예제 계산을 위해 2kg의 나무 블록이있는 평평한 표면을 고려하십시오. 수직 하중은 블록의 무게를 지탱하기 위해 위쪽을 향하고 다음을 계산합니다.

엔 = 2kg × 9.8N / kg = 19.6N

계수는 작업중인 개체와 특정 상황에 따라 다릅니다. 물체가 아직 표면을 가로 질러 움직이지 않으면 정적 마찰 계수를 사용합니다 μ_공전그러나 움직이는 경우 슬라이딩 마찰 계수를 사용합니다. μ_{미끄러지 다}.

일반적으로, 슬라이딩 마찰 계수는 정적 마찰 계수보다 작습니다. 다시 말해서, 아직 슬라이딩하고있는 것을 슬라이드하는 것보다 여전히 슬라이딩하고있는 것을 슬라이딩하는 것이 더 쉽습니다.

고려중인 재료도 계수에 영향을줍니다. 예를 들어, 이전의 나무 블록이 벽돌 표면에있는 경우 계수는 0.6이지만 깨끗한 나무의 경우 0.25에서 0.5 사이 일 수 있습니다. 얼음 위의 얼음의 경우 정적 계수는 0.1입니다. 다시 말하지만, 슬라이딩 계수는 이것을 얼음 위의 얼음의 경우 0.03, 나무의 나무의 경우 0.2로 줄입니다. 온라인 테이블을 사용하여 표면을 찾으십시오 (참고 자료 참조).

마찰력의 공식 :

에프 = μN

예를 들어, 나무 테이블에 2kg 질량의 나무 블록이 고정되어 밀려있는 것을 고려하십시오. 이 경우 정적 계수를 사용합니다. μ_공전 목재의 경우 0.25 ~ 0.5 취득 μ_공전 = 0.5는 마찰의 잠재적 효과를 극대화하고 엔 = 19.6 N 이전부터 힘은 다음과 같습니다.

에프 = 0.5 × 19.6 N = 9.8 N

마찰은 움직임에 저항하는 힘만 제공하므로, 부드럽게 밀기 시작하고 더 단단해지면 마찰력이 방금 계산 한 최대 값으로 증가합니다. 물리학 자들은 때때로 에프_최대 이 점을 분명히하기 위해.

블록이 움직이면 μ_{미끄러지 다} 이 경우 = 0.2

에프_{미끄러지 다} = μ_{미끄러지 다} 엔

= 0.2 × 19.6 N = 3.92 N