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La plupart des gens comprennent la friction de manière intuitive. Lorsque vous essayez de pousser un objet le long d’une surface, le contact entre l’objet et la surface vous empêche de pousser jusqu’à une certaine force de poussée. Le calcul mathématique de la force de frottement implique généralement le «coefficient de frottement», qui décrit à quel point les deux matériaux spécifiques «se collent» pour résister au mouvement et ce que l'on appelle la «force normale» qui se rapporte à la masse de l'objet. Mais si vous ne connaissez pas le coefficient de frottement, comment calculez-vous la force? Vous pouvez y parvenir en recherchant un résultat standard en ligne ou en effectuant une petite expérience.
Trouver la force de friction expérimentalement
Utilisez l'objet en question et une petite section de la surface que vous pouvez déplacer librement pour mettre en place une rampe inclinée. Si vous ne pouvez pas utiliser toute la surface ou tout l’objet, utilisez simplement un morceau de quelque chose fabriqué avec le même matériau. Par exemple, si vous avez un sol carrelé comme surface, vous pouvez utiliser une seule tuile pour créer la rampe. Si vous avez un placard en bois comme objet, utilisez un autre objet plus petit en bois (idéalement avec une finition similaire sur le bois). Plus vous vous rapprocherez de la situation réelle, plus votre calcul sera précis.
Assurez-vous que vous pouvez régler l'inclinaison de la rampe en empilant une série de livres ou quelque chose de similaire, afin de pouvoir effectuer de petits ajustements à sa hauteur maximale.
Plus la surface est inclinée, plus la force gravitationnelle travaillera à la tirer vers le bas de la rampe. La force de friction agit contre cela, mais à un moment donné, la force due à la gravité la surmonte. Cela vous indique la force de friction maximale pour ces matériaux, ce que les physiciens décrivent à travers le coefficient de friction statique (μstatique). L'expérience vous permet de trouver la valeur pour cela.
Placez l’objet sur le dessus de la surface selon un angle peu profond qui ne le fera pas glisser sur la rampe. Augmentez progressivement l’inclinaison de la rampe en ajoutant des livres ou d’autres objets minces à votre pile, et recherchez l’inclinaison la plus raide à laquelle vous pouvez vous tenir sans que l’objet ne bouge. Vous aurez du mal à obtenir une réponse parfaitement précise, mais votre meilleure estimation sera suffisamment proche de la valeur réelle pour le calcul. Mesurez la hauteur de la rampe et la longueur de la base de la rampe quand elle est à cette inclinaison. En gros, vous considérez que la rampe forme un triangle rectangle avec le sol et mesure la longueur et la hauteur du triangle.
Le calcul de la situation fonctionne parfaitement, et il s'avère que la tangente de l'angle de l'inclinaison vous indique la valeur du coefficient. Alors:
μstatique = bronzage (θ)
Ou, parce que tan = opposé / adjacent = longueur de la base / hauteur, vous calculez:
μstatique = bronzage (longueur de la base / hauteur de la rampe)
Effectuez ce calcul pour trouver la valeur du coefficient correspondant à votre situation spécifique.
Conseils
F = μstatique N
Où le "N”Représente la force normale. Pour une surface plane, la valeur de ceci est égale au poids de l'objet, vous pouvez donc utiliser:
F = μstatique mg
Ici, m est la masse de l'objet et g est l’accélération due à la pesanteur (9,8 m / s2).
Par exemple, le bois sur une surface de pierre a un coefficient de frottement de μstatique = 0,3, en utilisant cette valeur pour une armoire en bois de 10 kilogrammes (kg) sur une surface en pierre:
F = μstatique mg
= 0,3 × 10 kg × 9,8 m / s2
= 29,4 newtons
Trouver la force de friction sans expérience
Recherchez en ligne le coefficient de frottement entre vos deux substances. Par exemple, un pneu de voiture sur asphalte a un coefficient de μstatique = 0,72, la glace sur le bois a μstatique = 0,05 et le bois sur la brique a μstatique = 0,6. Recherchez la valeur correspondant à votre situation (en utilisant le coefficient de glissement si vous ne calculez pas le frottement à partir de l’immobilisation) et notez-le.
L'équation suivante vous indique la force de la force de friction (avec le coefficient de friction statique):
F = μstatique N
Si votre surface est plane et parallèle au sol, vous pouvez utiliser:
F = μstatique mg
Si ce n’est pas le cas, la force normale est plus faible. Dans ce cas, trouvez l'angle de l'inclinaison θet calculer:
F = cos (θ) μstatique mg
Par exemple, en utilisant un bloc de glace de 1 kg sur du bois, incliné à 30 °, et en se rappelant que g = 9,8 m / s2, cela donne:
F = cos (θ) μstatique mg
= cos (30 °) × 0,05 × 1 kg × 9,8 m / s2
= 0,424 newtons