Pekali geseran dinamik atau kinetik, contoh, latihan

The Geseran dinamik atau kinetik Ia adalah yang berlaku di antara dua badan yang bersentuhan apabila permukaan salah satu daripadanya bergerak berkenaan dengan permukaan yang lain. Sebagai contoh, dalam kotak yang meluncurkan geseran di cerun dinamik dan diedarkan pada permukaan sentuhan blok.

Kecenderungan mesti cukup besar, sehingga komponen tangen berat sama atau mengatasi daya geseran, jika tidak, blok yang turun akan berakhir berhenti.

Rajah 1. Daya geseran diedarkan pada permukaan sentuhan blok, tetapi dalam gambarajah daya ia diwakili sebagai satu daya f, sumber: f: f. Zapata

Daya geseran sangat penting dalam kehidupan seharian, kerana ia membolehkan pergerakan orang, haiwan dan kenderaan. Di permukaan tanpa geseran, seperti ais krim, tidak mungkin untuk memulakan pergerakan.

Geseran juga membolehkan kereta kami berhenti apabila mereka bergerak.

Apabila memohon brek, pad brek diperketatkan terhadap cakera roda dan terima kasih kepada geseran dinamik, hentikan putarannya. Tetapi tidak cukup untuk mempunyai brek yang baik, perlu ada kekuatan geseran yang cukup antara tayar dan lantai, kerana akhirnya ini adalah daya yang kita bergantung sehingga kereta berhenti.

Kemanusiaan telah belajar mengendalikan geseran untuk faedahnya. Dengan itu bermula dengan menggunakan geseran antara dua keping kayu kering untuk membuat api.

Alam juga telah belajar mengendalikan geseran yang memihak kepadanya. Sebagai contoh, membran sinovial yang meliputi tulang sendi adalah salah satu permukaan dengan pekali geseran terendah yang wujud.

[TOC]

Pekali geseran dinamik

Yang pertama secara sistematik mengkaji pergerakan blok yang meluncur di permukaan rata adalah Leonardo da Vinci, tetapi kajiannya tidak disedari.

Boleh melayani anda: Model Atom Dirac Jordan: Ciri -ciri dan Postulates

Tidak sampai abad ketujuh belas bahawa ahli fizik Perancis Guillaume Amonton menemukan semula undang -undang geseran:

Undang -undang geseran dinamik

1.- Daya geseran yang terdapat di blok yang meluncur di permukaan rata, selalu menentang arah pergerakan.

2.- Besarnya daya geseran dinamik adalah berkadar dengan ketegangan atau daya normal di antara permukaan blok dan satah sokongan.

3.- Pemalar berkadar adalah pekali geseran, statik μ_dan Sekiranya tidak mempunyai slip dan dinamik μ_d Bila ada. Koefisien geseran bergantung kepada bahan -bahan permukaan yang bersentuhan dan keadaan kekasaran.

4.- Daya geseran bebas dari kawasan hubungan yang jelas.

5.- Sebaik sahaja pergerakan satu permukaan bermula berkenaan dengan yang lain, daya geseran tetap dan tidak bergantung pada kelajuan relatif antara permukaan.

Dalam kes itu, tidak ada gelongsor, geseran statik digunakan yang kekuatannya kurang dari atau sama dengan pekali geseran statik yang didarabkan dengan normal.

Rajah 2. Daya geseran dinamik menentang arah pergerakan dan magnitudnya adalah berkadar dengan daya normal. Pemalar perkadaran adalah pekali geseran dinamik. Sumber: f. Zapata.

Harta terakhir adalah hasil sumbangan ahli fizik Perancis Charles Augustin dari Coulomb, lebih dikenali dengan undang -undang kuasa terkenalnya antara caj elektrik tertentu.

Pemerhatian ini membawa kita ke model matematik untuk daya geseran dinamik F:

F = μ_d N

Di mana μ_d Ia adalah pekali geseran dinamik dan N adalah daya normal.

Cara menentukan pekali geseran dinamik?

Koefisien geseran dinamik antara dua permukaan ditentukan secara eksperimen. Nilainya bukan sahaja bergantung kepada bahan -bahan di kedua -dua permukaan, tetapi pada keadaan kekasaran atau penggilap yang mereka ada, serta kebersihannya.

Boleh melayani anda: Gelombang mekanikal: ciri, sifat, formula, jenis

Salah satu cara untuk menentukannya adalah untuk meningkatkan dan meluncurkan kotak yang diketahui di permukaan mendatar.

Sekiranya kelajuan diketahui pada masa dipandu dan jarak yang dilalui dari masa itu diukur, adalah mungkin untuk mengetahui percepatan brek akibat geseran dinamik.

Eksperimen 

Dalam eksperimen ini kelajuan awal diukur v dan jarak d, Jadi pecutan brek adalah:

A = - v² / 2d

Gambar rajah daya ditunjukkan dalam Rajah 2. Besarnya berat adalah jisim m dari blok yang didarab dengan pecutan graviti g, dan seperti yang diketahui, beratnya selalu menunjuk secara menegak ke bawah.

N Ia adalah daya normal kerana tujahan permukaan sokongan dan sentiasa tegak lurus (atau normal) ke pesawat. Biasa wujud semasa permukaan bersentuhan dan terhenti sebaik sahaja permukaan dipisahkan.

Kekuatan F mewakili daya geseran dinamik. Ia sebenarnya diedarkan di permukaan bawah blok, tetapi kita boleh mewakilinya sebagai satu daya F digunakan di tengah blok.

Oleh kerana terdapat keseimbangan menegak, magnitud yang normal N Ia sama dengan berat mg:

N = mg

Dalam arah mendatar, daya geseran menghasilkan penurunan blok massa M mengikut undang -undang kedua Newton:

-F = m a

Daya geseran F titik ke kiri, jadi komponen mendatarnya negatif, m adalah jisim blok dan A adalah pecutan brek.

Sebelum ini diperolehi A = - v² / 2d Dan juga model geseran dinamik menunjukkan bahawa:

F = μd n

Menggantikan persamaan sebelumnya yang anda ada:

-μ_d N = - v² / 2d

Mengambil kira bahawa n = mg, anda sudah dapat membersihkan pekali geseran dinamik: 

Boleh melayani anda: Model atom Schrödinger

μ_d = v² / (2d mg)

Jadual pekali rocy dari beberapa bahan

Jadual berikut menunjukkan pekali geseran statik dan dinamik untuk pelbagai bahan. Harus diingat bahawa secara sistematik pekali geseran statik selalu lebih besar daripada pekali geseran dinamik.

Rajah 3. Koefisien geseran statik dan dinamik untuk beberapa permukaan yang dihubungi. Sumber: Serway R.Ke. Fizikal. McGraw-Hill (1992)

Latihan

- Latihan 1

Blok 2 kg doh di lantai mendatar dipromosikan dan dibebaskan. Pada masa dibebaskan, kelajuan 1.5 m/s direkodkan. Dari saat itu sehingga blok berhenti oleh geseran dinamik 3 m. Tentukan pekali geseran kinetik.

Penyelesaian

Menurut formula yang diperolehi dalam contoh bahagian sebelumnya, pekali dinamik (atau kinetik) adalah:

μ_d = v² / (2d mg) = 1.52 / (2x3x2 x9.8) = 0.019.

- Latihan 2

Mengetahui bahawa blok dalam Rajah 1 turun dengan kelajuan malar, bahawa jisim blok adalah 1 kg dan bahawa kecenderungan satah adalah 30º, menentukan:

a) Nilai geseran dinamik

b) Koefisien geseran dinamik antara blok dan pesawat.

Penyelesaian

Dalam Rajah 4, persamaan pergerakan (undang -undang kedua Newton) ditunjukkan untuk masalah blok yang turun cerun dengan pekali geseran μ_d  dan kecenderungan α (lihat gambarajah daya dalam Rajah 1)

Rajah 4. Undang -undang kedua Newton digunakan pada blok yang meluncur di cerun dengan geseran. Sumber: f. Zapata.

Dalam latihan kami, kami diberitahu bahawa blok turun dengan kelajuan yang berterusan, oleh itu turun dengan pecutan a = 0. Dari sana ia mengikuti bahawa daya geseran sedemikian rupa sehingga ia sama dengan komponen tangen berat: f = mg sen (α).

Dalam kes kita m = 1 kg dan α = 30º jadi daya geseran F mempunyai nilai 4.9N.

Sebaliknya, daya normal n adalah sama dan bertentangan dengan komponen tegak lurus berat: n = mg cos (α) = 8.48n .

Dari sana ia mengikuti bahawa pekali geseran dinamik adalah:

μ_d = F / n = 4.9n / 8.48n = 0.57

Rujukan

1. Alonso m., Finn e. 1970. Fizikal. Jilid I. Mekanik. Dana pendidikan antara Amerika s.Ke.
2. Bauer, w. 2011. Fizik untuk Kejuruteraan dan Sains. Jilid 1. MC Graw Hill.
3. Hewitt, ms. 2012. Sains Fizikal Konsep. Edisi Kelima.
4. Rex, a. 2011. Asas Fizik. Pearson. 
5. Serway r. 1992. Fizikal. McGraw-Hill.
6. Muda, h. 2015. Fizik universiti dengan fizik moden. Edisi ke -14. Pearson.