Wrijving is een kracht die relatieve beweging tegengaat en treedt op op het grensvlak tussen de lichamen, maar ook binnen de lichamen, zoals in het geval van vloeistoffen. Het concept van wrijvingscoëfficiënt werd voor het eerst geformuleerd door Leonardo da Vinci. De grootte van de wrijvingscoëfficiënt wordt bepaald door de eigenschappen van de oppervlakken, de omgeving, de oppervlaktekenmerken, de aanwezigheid van het smeermiddel, enz.

Wetten van wrijving

Er zijn vijf wrijvingswetten en deze zijn:

• De wrijving van het bewegende object is proportioneel en loodrecht op de normaalkracht.

• De wrijving die het object ondervindt, is afhankelijk van de aard van het oppervlak waarmee het in contact komt.

• Wrijving is onafhankelijk van het contactgebied, zolang er maar een contactgebied is.

• Kinetische wrijving is onafhankelijk van de snelheid.

• De statische wrijvingscoëfficiënt is groter dan de kinetische wrijvingscoëfficiënt.

Wanneer we een object zien, kunnen we het gladde oppervlak zien, maar wanneer hetzelfde object onder een microscoop wordt bekeken, is te zien dat zelfs het glad ogende object ruwe randen heeft. Kleine heuveltjes en groeven zijn door de microscoop te zien en staan ​​bekend als onregelmatigheden van het oppervlak. Dus wanneer het ene object over het andere wordt bewogen, raken deze onregelmatigheden aan het oppervlak met elkaar verstrengeld, waardoor wrijving ontstaat. Hoe ruwer, hoe groter de onregelmatigheden en hoe groter de uitgeoefende kracht.

Statische wrijving

Er zijn verschillende theorieën over de oorzaken van statische wrijving, en zoals de meeste wrijvingsgerelateerde concepten blijkt elk ervan onder bepaalde omstandigheden geldig, maar faalt onder andere omstandigheden. Voor toepassingen in de echte wereld (vooral die gerelateerd aan industriële machines en beweging). Controle De twee meest algemeen aanvaarde theorieën achter statische wrijving hebben te maken met de microscopische ruwheid van oppervlakken.

Ongeacht hoe perfect een oppervlak wordt bewerkt, afgewerkt en gereinigd, het zal onvermijdelijk oneffenheden vertonen – in wezen ruwheid, bestaande uit pieken en dalen, vergelijkbaar met een bergketen. (Technisch gezien zijn de pieken de oneffenheden.) Wanneer twee oppervlakken met elkaar in contact zijn, kan het lijken alsof ze een groot, goed gedefinieerd contactgebied hebben, maar in werkelijkheid vindt contact alleen op bepaalde plaatsen plaats – dat wil zeggen, waar de oneffenheden van beide oppervlakken interfereren.

De som van deze kleine contactgebieden tussen de oneffenheden wordt het werkelijke of effectieve contactgebied genoemd. Omdat deze individuele contactgebieden erg klein zijn, is de druk (druk = kracht ÷ oppervlak) tussen de oppervlakken op deze punten erg hoog. Door deze extreme druk kan adhesie tussen de oppervlakken plaatsvinden, via een proces dat bekend staat als koudlassen en dat plaatsvindt op moleculair niveau. Voordat de oppervlakken ten opzichte van elkaar kunnen bewegen, moeten de verbindingen die deze hechting veroorzaken, worden verbroken.

Bovendien betekent de ruwheid van de oppervlakken dat op sommige locaties de oneffenheden van het ene oppervlak zich zullen nestelen in de valleien van het andere oppervlak – met andere woorden, de oppervlakken zullen in elkaar grijpen.

Deze in elkaar grijpende gebieden moeten worden gebroken of plastisch vervormd voordat de oppervlakken kunnen bewegen. Met andere woorden: er moet slijtage optreden. Bij de meeste toepassingen wordt statische wrijving dus veroorzaakt door zowel adhesie als slijtage van de contactoppervlakken.

Wetten van statische wrijving

Er zijn twee wetten van statische wrijving:

1. Eerste wet: De maximale kracht van statische wrijving is niet afhankelijk van het contactgebied.
2. Tweede wet: De maximale kracht van statische wrijving is vergelijkbaar met de normaalkracht, dat wil zeggen dat als de normaalkracht toeneemt, de maximale externe kracht die het object kan verdragen zonder te bewegen ook toeneemt.

Afleiding van de formule van statische wrijving

Laten we een blok gewicht mg bekijken dat op een horizontaal oppervlak ligt, zoals weergegeven in de figuur. Wanneer een lichaam tegen een oppervlak drukt, vervormt het oppervlak, zelfs als het stijf lijkt. Het vervormde oppervlak duwt het lichaam met een normaalkracht R die loodrecht op het oppervlak staat. Dit wordt normale reactiekracht genoemd. Het brengt mg in evenwicht

R = mg

Laten we nu bedenken dat er een kracht P op het blok wordt uitgeoefend. Het is duidelijk dat het lichaam in rust blijft omdat een andere kracht F in horizontale richting een rol speelt en de uitgeoefende kracht P tegenwerkt, wat resulteert in een netto kracht nul op het lichaam. Deze kracht F die langs het oppervlak van het lichaam in contact komt met het oppervlak van de tafel, wordt wrijvingskracht genoemd.

Dus zolang het lichaam niet beweegt F = P. Dit betekent dat als we P vergroten, de wrijving F ook toeneemt, en altijd gelijk blijft aan P.

Deze wrijvingskracht die een rol speelt totdat de daadwerkelijke beweging is begonnen, staat bekend als statische wrijving.

Coëfficiënt van statische wrijving

Statische wrijving is wrijving die wordt ervaren wanneer een voorwerp op een oppervlak wordt geplaatst. En kinetische wrijving is het gevolg van de beweging van een object op een oppervlak. Wrijving wordt goed gekarakteriseerd door de wrijvingscoëfficiënt en wordt uitgelegd als de verhouding tussen de wrijvingskracht en de normaalkracht. Dit helpt het object op een oppervlak te liggen. De statische wrijvingscoëfficiënt is een scalaire grootheid en wordt aangegeven als μ_S.

De formule voor de statische wrijvingscoëfficiënt wordt uitgedrukt als

mu_{s} = frac{F}{N}

Waar

M _S ​ = statische wrijvingscoëfficiënt

F = statische wrijvingskracht

N = normale kracht

Kinetische wrijving

Kinetische wrijving wordt gedefinieerd als een kracht die tussen bewegende oppervlakken werkt. Een lichaam dat over het oppervlak beweegt, ervaart een kracht in de tegenovergestelde richting van zijn beweging. De grootte van de kracht zal afhangen van de kinetische wrijvingscoëfficiënt tussen de twee materialen.

Wrijving kan gemakkelijk worden gedefinieerd als de kracht die een glijdend voorwerp tegenhoudt. De kinetische wrijving is een onderdeel van alles en interfereert met de beweging van twee of meer objecten. De kracht werkt in de tegenovergestelde richting van de manier waarop een object wil glijden.

Als een auto moet stoppen, trappen we de remmen in en dat is precies waar de wrijving een rol speelt. Als je tijdens het lopen plotseling tot stilstand wilt komen, is de wrijving opnieuw te danken. Maar als we midden in een plas moeten stoppen, wordt het moeilijker omdat de wrijving daar minder is en je niet zo veel kan helpen.

Het overwinnen van de statische wrijving tussen twee oppervlakken verwijdert in wezen zowel de moleculaire obstakels (koudlassen tussen oneffenheden) als, tot op zekere hoogte, de mechanische obstakels (interferentie tussen de oneffenheden en valleien van de oppervlakken) voor beweging. Zodra de beweging op gang is gebracht, blijft er enige slijtage optreden, maar op een veel lager niveau dan tijdens statische wrijving, en de relatieve snelheid tussen de oppervlakken biedt onvoldoende tijd voor extra koudlassen (behalve in het geval van extreem lage snelheid).

Omdat het grootste deel van de adhesie en slijtage wordt overwonnen om beweging te veroorzaken, wordt de weerstand tegen beweging tussen de oppervlakken verminderd en bewegen de oppervlakken nu onder invloed van kinetische wrijving, die veel lager is dan statische wrijving.

Wetten van kinetische wrijving

Er zijn vier wetten van kinetische wrijving:

1. Eerste wet: De kracht van kinetische wrijving (F_k) is recht evenredig met de normale reactie (N) tussen twee contactoppervlakken. Waar, M _k ​ = constante, de kinetische wrijvingscoëfficiënt genoemd.
2. Tweede wet: De kracht van kinetische wrijving is onafhankelijk van de vorm en het schijnbare oppervlak van de contactoppervlakken.
3. Derde wet: Het hangt af van de aard en het materiaal van het oppervlak waarmee contact wordt gemaakt.
4. Vierde wet: Het is onafhankelijk van de snelheid van het object dat in contact komt, op voorwaarde dat de relatieve snelheid tussen het object en het oppervlak niet te groot is.

Formule van kinetische wrijving

De kinetische wrijvingscoëfficiënt wordt aangegeven met de Griekse letter mu ( M ), met een subscript k. De kracht van kinetische wrijving is M _k maal de normaalkracht op een lichaam. Het wordt uitgedrukt in Newton (N).

De kinetische wrijvingsvergelijking kan worden geschreven als:

Kinetische wrijvingskracht = (kinetische wrijvingscoëfficiënt) (normaalkracht)

F _k = m _k H

Waar,

F _k = kracht van kinetische wrijving

M _k kinetische wrijvingscoëfficiënt

h = normaalkracht (Griekse letter eta)

Afleiding van de formule van kinetische wrijving

Laten we eens een gewichtsblok bekijken mg liggend op een horizontaal oppervlak, zoals weergegeven in de afbeelding. Wanneer een lichaam tegen een oppervlak drukt, vervormt het oppervlak, zelfs als het stijf lijkt. Het vervormde oppervlak duwt het lichaam met een normale kracht R dat staat loodrecht op het oppervlak. Dit wordt normale reactiekracht genoemd. Het brengt mg in evenwicht R = mg .

Excel-bestand lezen in Java

Laten we dat nu als een kracht beschouwen P wordt op het blok aangebracht, zoals weergegeven. Het is duidelijk dat het lichaam in rust blijft vanwege een andere kracht F komt in horizontale richting in het spel en gaat de uitgeoefende kracht tegen P resulterend in een netto kracht nul op het lichaam. Deze kracht F die inwerkt langs het oppervlak van het lichaam in contact met het oppervlak van de tafel wordt genoemd wrijvingskracht .

Dus zolang het lichaam niet beweegt F = P . Dit betekent dat als we P vergroten, de wrijving F ook toeneemt en altijd gelijk blijft aan P.

Naarmate we de uitgeoefende kracht iets vergroten tot boven de beperkende wrijving, begint de daadwerkelijke beweging. Dit betekent niet dat de wrijving verdwenen is. Het betekent alleen dat de kracht de beperkende wrijving heeft overwonnen. Deze wrijvingskracht in dit stadium staat bekend als kinetische wrijving of dynamische wrijving.

De kinetische wrijving of dynamische wrijving is de tegengestelde kracht die een rol speelt wanneer een lichaam daadwerkelijk over het oppervlak van een ander lichaam beweegt.

Toepassing van statische en kinetische wrijving

Toepassingen van statische wrijving

In de onderstaande punten worden enkele praktijkvoorbeelden van statische wrijving gegeven:

• Papieren op een tafelblad
• Een handdoek die aan een rek hangt
• Een bladwijzer in een boek
• Een auto geparkeerd op een heuvel

Toepassingen van kinetische wrijving

In de onderstaande punten worden enkele praktijkvoorbeelden van kinetische wrijving gegeven.

• Wrijving speelt ook een grote rol bij alledaagse gebeurtenissen, bijvoorbeeld tijdens het wrijven van twee voorwerpen. De resulterende beweging wordt omgezet in warmte, wat in sommige gevallen tot brand kan leiden.
• Het is ook verantwoordelijk voor slijtage en daarom hebben we olie nodig om machineonderdelen te smeren, omdat het de wrijving vermindert.
• Wanneer twee voorwerpen tegen elkaar wrijven, wordt de wrijvingskracht omgezet in thermische energie, wat in enkele gevallen aanleiding kan geven tot brand
• Kinetische wrijving is verantwoordelijk voor de slijtage van machineonderdelen. Daarom is het belangrijk om de machineonderdelen met olie te smeren.

Verschil tussen statische en kinetische wrijving

Voorbeeldproblemen gebaseerd op statische en kinetische wrijving

Vraag 1: Een man duwt een grote kartonnen doos met een massa van 75,0 kg over de vloer.

Oplossing:

De kinetische wrijvingscoëfficiënt is μ_k= 0,520​

De arbeider oefent een kracht voorwaarts uit van 400,0 N.

Hoe groot is de wrijvingskracht?

Antwoord: Op een plat oppervlak kan de normaalkracht van een object worden bepaald met de formule

u = mg

Door de waarde van η in de vergelijking F te vervangen_k= m_k​ η , krijgen we

F_k= (0,520) (75,0 kg) (9,80 m/s²) = 382,2 N

Vraag 2: Bereken in de bovenstaande vraag de nettokracht die de doos verplaatst?

Oplossing:

De nettokracht die op een lichaam inwerkt, is de som van alle krachten die op het lichaam inwerken.

In dit geval zijn de krachten die op het lichaam inwerken de kracht die door de man wordt uitgeoefend en de kinetische wrijving die in de tegenovergestelde richting werkt.

Als de voorwaartse beweging als positief wordt beschouwd, wordt de nettokracht als volgt berekend:

F_netto= F_arbeider- F_k

Als we de waarden in de bovenstaande vergelijking vervangen, krijgen we

F_netto= 400 N – 382,2 N = 17,8 N

Vraag 3: Waarom ervaart de rolbeweging wrijving?

Antwoord:

In theorie maakt een bal puntcontact met het oppervlak.

Maar in werkelijkheid vervormt de bal (en/of het oppervlak) door de belasting en wordt het contactoppervlak elliptisch.

In theorie zouden roloppervlakken, zoals die gevonden worden in de meeste roterende en lineaire lagers (behalve glijlagers), geen wrijvingskrachten mogen ondervinden.

Maar in praktijktoepassingen veroorzaken drie factoren wrijving in roloppervlakken:

1. Microslip tussen de oppervlakken (de oppervlakken glijden ten opzichte van elkaar)

2. Inelastische eigenschappen (d.w.z. vervorming) van de materialen

3. Ruwheid van de oppervlakken

Vraag 4: Een voorwerp met een massa van 10 kg wordt op een glad oppervlak geplaatst. Statische wrijving tussen deze twee oppervlakken wordt gegeven als 15 N. Vind de statische wrijvingscoëfficiënt?

Oplossing:

Gegeven

meter = 10kg

F = 15 N

M_S= ?

We weten dat,

Normaalkracht, N = mg

Dus N = 10× 9,81 = 98,1 N

De formule voor de statische wrijvingscoëfficiënt is:

M_S= 15/N

regexp_like in mysql

M_S= 15/98,1

M _S = 0,153

Vraag 5: De normaalkracht en de statische wrijvingskracht van een voorwerp zijn respectievelijk 50 N en 80 N. Vind de statische wrijvingscoëfficiënt?

Oplossing:

Gegeven

N = 50 N

F = 80 N en μ_S= ?

De formule voor de statische wrijvingscoëfficiënt is:

M_S= V/N

M_S= 80/50

M_S= 1,6

Vraag 6: Wat is de relatie tussen statische en kinetische wrijving?

Antwoord:

De kracht van statische wrijving houdt een stilstaand object in rust. Zodra de kracht van statische wrijving is overwonnen, vertraagt ​​de kracht van kinetische wrijving een bewegend object.

Vraag 7: Een koelkast weegt 1619 N en de statische wrijvingscoëfficiënt is 0,50. Met welke kracht wordt de koelkast het minst verplaatst?

Oplossing:

Gegeven gegevens:

Gewicht van de koelkast, W=1619 N

W=1619 N

Coëfficiënt van statische wrijving, μ_S= 0,50

De minimale kracht die nodig is om de koelkast te verplaatsen kan worden gegeven als:

F = m_SIN

F = 0,50 × 1619

F = 809,50 N.