Pekali geseran statik, contoh, senaman

The geseran statik Ia adalah daya yang timbul di antara dua permukaan apabila satu permukaan tidak meluncur berkenaan dengan yang lain. Ia sangat penting, kerana ia membolehkan kita maju ketika berjalan, kerana ia adalah kekuatan sekarang di antara lantai dan satu -satunya kasut. 

Ia juga geseran statik yang muncul di antara trotoar dan tayar kereta. Sekiranya daya ini tidak hadir maka tidak mustahil kereta mula bergerak, seperti dalam kereta yang cuba memulakan permukaan berais: roda slaid tetapi kereta tidak maju.

Rajah 1. Ilustrasi mengenai daya geseran

Geseran statik bergantung pada kekasaran permukaan yang bersentuhan dan juga jenis bahan yang dibuat. Itulah sebabnya tayar dan kasut sukan adalah getah, untuk meningkatkan geseran dengan trotoar.

Dalam model geseran statik ciri -ciri bahan dan tahap kekasaran antara permukaan diringkaskan dalam nombor yang dipanggil pekali geseran statik, yang ditentukan secara eksperimen.

[TOC]

Pekali geseran statik

Rajah 2. Buku di meja cenderung tetap berehat kerana daya geseran statik antara buku dan jadual. Sumber: f. Zapata.

Angka atas menunjukkan buku yang berehat di atas meja yang mempunyai kecenderungan 15.7º.

Sekiranya permukaan buku dan meja sangat licin dan digilap, buku itu tidak dapat disimpan. Tetapi kerana mereka tidak, satu daya muncul yang tangen ke permukaan yang dihubungi yang disebut Force of geseran statik. 

Sekiranya sudut kecenderungan cukup besar, maka tidak cukup geseran statik Untuk mengimbangkan buku dan ini akan mula meluncur.

Dalam kes ini terdapat juga geseran antara buku dan meja, tetapi itu akan menjadi daya Geseran dinamik, juga dipanggil geseran kinetik.

Terdapat sempadan antara geseran statik dan geseran dinamik, yang berlaku untuk masa di mana geseran statik mencapai nilai maksimumnya.

Boleh melayani anda: Kesan Doppler: Keterangan, Formula, Kes, ContohRajah 3. Blok rehat pada satah cenderung berehat terima kasih kepada daya geseran statik. Sumber: f. Zapata.

Pertimbangkan dalam Rajah 2, gambarajah daya buku jisim m yang masih berada di atas satah kecenderungan α.

Buku ini tetap berehat kerana daya geseran F, jenis statik, mengimbangi sistem.

Sekiranya sudut kecenderungan tumbuh sedikit, maka permukaan sentuhan mesti membekalkan lebih banyak daya geseran, tetapi jumlah rubb statik_Maks, iaitu:

F ≤ f_Maks.

Daya geseran statik maksimum bergantung kepada bahan dan tahap kekasaran permukaan yang bersentuhan, serta ketegasan cengkaman.

Pekali geseran statik μ_dan Ia adalah nombor positif yang bergantung pada ciri -ciri permukaan yang dihubungi. Daya normal N Bahawa satah menggunakan akaun blok untuk tahap pengetatan antara permukaan blok dan pesawat. Oleh itu, mereka menentukan daya geseran maksimum yang disediakan oleh permukaan apabila tiada tanah runtuh:

F_Maks = μ_dan N

Singkatnya, daya geseran statik mengikuti model berikut:

F ≤ μ_dan N

Contoh: Penentuan pekali geseran statik

Koefisien menggosok statik adalah nombor tanpa dimensi yang ditentukan secara eksperimen untuk setiap sepasang permukaan. 

Kami menganggap blok pada angka 2 sisa. Pasukan berikut bertindak di atasnya:

- Daya geseran: F

- Berat blok massa m: mg

- Kekuatan biasa: N

Oleh kerana blok itu berehat dan tidak mempunyai pecutan, menurut undang -undang kedua Newton, daya yang terhasil -a vektor jumlah -is tidak sah:

F + N + mg = 0

Ia dianggap sebagai sistem koordinat XY tetap dengan paksi x di sepanjang satah cenderung dan paksi dan tegak lurus kepadanya, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.

Ia dapat melayani anda: mendengar kekuatan: permukaan dan kekuatan massa

Pasukan mesti dipisahkan mengikut komponen Cartesian mereka, yang menimbulkan sistem persamaan berikut:

-Komponen x: -F + mg sen (α) = 0

-Komponen dan: N - mg cos (α) = 0

Dari persamaan pertama nilai geseran statik dibersihkan:

F = mg sen (α)

Dan kedua nilai daya normal:

N = mg cos (α)

Daya geseran statik adalah disebabkan oleh model berikut:

F ≤ μ_dan N

Menggantikan Ketidaksamaan Nilai yang diperoleh sebelum ini yang kita ada:

mg sen (α) ≤ μ_dan mg cos (α)

Mengambil kira bahawa untuk nilai α antara 0º dan 90º, fungsi sinus dan kosinus adalah positif, dan bahawa kuota antara payudara dan kosinus adalah tangen, kami telah meninggalkan:

Tan (α) ≤ μ_dan

Kesaksamaan dipenuhi untuk nilai tertentu α yang dipanggil sudut kritikal dan yang kita nyatakan untuk α*, iaitu:

μ_dan = Tan (α*)

Sudut kritikal ditentukan secara eksperimen, secara beransur -ansur meningkatkan kecenderungan ke sudut yang betul di mana blok mula meluncur, iaitu sudut kritikal α*.

Dalam buku dalam Rajah 1, sudut ini ditentukan secara eksperimen mengakibatkan 24º. Kemudian pekali geseran statik adalah:

μ_dan = Tan (24º) = 0.45.

Ia adalah nombor positif antara 0 dan tak terhingga. Ya μ_dan = 0 permukaan sangat lancar. Ya μ_dan → ∞ Permukaan dihubungkan dengan sempurna atau dikimpal.

Biasanya nilai pekali geseran antara 0 dan 10.

Senaman

Dalam perlumbaan atau seretan pique, pecutan sehingga 4g dicapai pada permulaan, yang dicapai dengan tepat apabila tayar tidak slaid berkenaan dengan trotoar.

Ini kerana pekali geseran statik selalu lebih besar daripada pekali geseran dinamik.

Dengan mengandaikan bahawa jumlah berat kenderaan ditambah pemandu adalah 600 kg dan roda belakang menyokong 80% berat, tentukan daya geseran statik semasa permulaan 4G dan pekali geseran statik antara tayar dan turapan.

Boleh melayani anda: Orion Nebula: Asal, Lokasi, Ciri dan DataRajah 4. "Dragster" pada masa permulaan. Sumber: Pixabay.

Penyelesaian

Menurut undang -undang kedua Newton, daya yang terhasil adalah sama dengan jumlah jisim kenderaan kerana pecutan yang diperolehnya.

Oleh kerana kenderaan itu berada dalam keseimbangan menegak, normal dan beratnya dibatalkan sebagai daya geseran yang dihasilkan oleh turapan di kawasan sentuhan roda daya tarikan, yang tersisa itu:

F = m (4g) = 600 kg (4 x 9.8 m/s²) = 23520 n = 2400 kg-f

Iaitu daya tarikan adalah 2.4 tan.

Kekuatan geseran yang roda di atas lantai kembali, tetapi tindak balasnya adalah tindakan yang sama dan bertentangan pada tayar dan terus maju. Itulah kekuatan yang mendorong kenderaan.

Sudah tentu, semua daya ini dihasilkan oleh enjin yang melalui roda cuba untuk menolak lantai belakang, tetapi roda dan lantai ditambah dengan daya geseran. 

Untuk menentukan pekali geseran statik kita menggunakan fakta bahawa f yang diperolehi adalah geseran maksimum yang mungkin, kerana kita berada pada had pecutan maksimum, oleh itu:

F = μ_dan N = μE (0.8 mg)

Hakikat bahawa roda belakang daya tarikan menyokong 0.8 kali berat badan diambil kira. Membersihkan pekali geseran 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.

Rujukan

1. Alonso m., Finn e. 1970. Fizik 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. 190-200.
5. Young, Hugh. 2015. Fizik universiti dengan fizik moden. Edisi ke -14. Pearson.