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Les surfaces exercent une force de friction qui résiste aux mouvements de glissement, et vous devez calculer la taille de cette force dans le cadre de nombreux problèmes de physique. La quantité de friction dépend principalement de la «force normale» exercée par les surfaces sur les objets qui s’y trouvent, ainsi que des caractéristiques de la surface spécifique que vous envisagez. Dans la plupart des cas, vous pouvez utiliser la formule F = μN calculer le frottement avec N debout pour la force «normale» et «μ”Intégrant les caractéristiques de la surface.
TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
Calculez la force de friction en utilisant la formule:
F = μN
Où N est la force normale et μ est le coefficient de frottement de vos matériaux, qu’ils soient fixes ou en mouvement. La force normale est égale au poids de l'objet, cela peut donc aussi s'écrire:
F = μmg
Où m est la masse de l'objet et g est l'accélération due à la gravité. La friction agit pour s'opposer au mouvement de l'objet.
Qu'est-ce que la friction?
La friction décrit la force entre deux surfaces lorsque vous essayez de vous déplacer l'une sur l'autre. La force résiste au mouvement et, dans la plupart des cas, la force agit dans le sens opposé au mouvement. Au niveau moléculaire, lorsque vous appuyez deux surfaces ensemble, des imperfections mineures de chaque surface peuvent s’emboîter et il peut exister des forces attractives entre les molécules d’un matériau et de l’autre. Ces facteurs rendent plus difficile leur rapprochement. Vous ne travaillez pas à ce niveau lorsque vous calculez la force de friction, cependant. Pour les situations de tous les jours, les physiciens regroupent tous ces facteurs dans le «coefficient» μ.
Calcul de la force de friction
La force «normale» décrit la force que la surface sur laquelle un objet repose (ou est appuyée) exerce sur l’objet. Pour un objet immobile sur une surface plane, la force doit exactement s’opposer à la force due à la gravité, sinon l’objet bougerait, selon les lois du mouvement de Newton. La force «normale» (N) est le nom de la force qui fait cela.
Il agit toujours perpendiculairement à la surface. Cela signifie que sur une surface inclinée, la force normale serait toujours dirigée directement de la surface, tandis que la force de gravité serait dirigée directement vers le bas.
La force normale peut être simplement décrite dans la plupart des cas:
N = mg
Ici, m représente la masse de l'objet, et g représente l'accélération due à la gravité, qui est de 9,8 mètres par seconde par seconde (m / s2), ou nombre de réseaux par kilogramme (N / kg). Cela correspond simplement au "poids" de l'objet.
Pour les surfaces inclinées, la force de la force normale est réduite au fur et à mesure que la surface est inclinée, la formule devient alors:
N = mg cos (θ)
Avec θ debout pour l'angle auquel la surface est inclinée.
Pour un exemple de calcul simple, considérons une surface plane avec un bloc de bois de 2 kg assis dessus. La force normale serait dirigée directement vers le haut (pour supporter le poids du bloc) et vous calculeriez:
N = 2 kg × 9,8 N / kg = 19,6 N
Le coefficient dépend de l’objet et de la situation spécifique dans laquelle vous travaillez. Si l’objet ne se déplace pas déjà sur la surface, utilisez le coefficient de frottement statique. μstatique, mais si cela bouge, vous utilisez le coefficient de frottement μfaire glisser.
Généralement, le coefficient de frottement de glissement est inférieur au coefficient de frottement statique. En d’autres termes, il est plus facile de faire glisser quelque chose qui a déjà coulé que de faire glisser quelque chose qui reste immobile.
Les matériaux que vous envisagez affectent également le coefficient. Par exemple, si le bloc de bois de l’époque précédente était posé sur une surface de brique, le coefficient serait de 0,6, mais pour un bois propre, il peut varier de 0,25 à 0,5. Pour la glace sur la glace, le coefficient statique est 0.1. Là encore, le coefficient de glissement le réduit encore davantage, à 0,03 pour la glace sur glace et à 0,2 pour le bois sur bois. Recherchez-les pour votre surface en utilisant un tableau en ligne (voir Ressources).
La formule de la force de frottement dit:
F = μN
Pour l'exemple, considérons un bloc de bois d'une masse de 2 kg sur une table en bois, poussé à l'arrêt. Dans ce cas, vous utilisez le coefficient statique, avec μstatique = 0,25 à 0,5 pour le bois. Prise μstatique = 0,5 pour maximiser l’effet potentiel du frottement et en se souvenant de la N = 19,6 N à partir de précédemment, la force est la suivante:
F = 0,5 × 19,6 N = 9,8 N
Rappelez-vous que le frottement ne fournit que la force nécessaire pour résister au mouvement. Par conséquent, si vous commencez à le pousser doucement et à le rendre plus ferme, la force de frottement augmentera jusqu'à atteindre une valeur maximale, ce que vous venez de calculer. Les physiciens écrivent parfois Fmax pour rendre ce point clair.
Une fois le bloc en mouvement, vous utilisez μfaire glisser = 0,2, dans ce cas:
Ffaire glisser = μfaire glisser N
= 0,2 × 19,6 N = 3,92 N