Como encontrar a força de atrito sem conhecer o coeficiente de atrito

Contente

• Encontrando a força do atrito experimentalmente
• Dicas
• Encontrando a força do atrito sem uma experiência

A maioria das pessoas entende o atrito de maneira intuitiva. Quando você tenta empurrar um objeto ao longo de uma superfície, o contato entre o objeto e a superfície resiste ao seu empurrão até uma certa força de empurrão. O cálculo matemático da força de atrito geralmente envolve o "coeficiente de atrito", que descreve o quanto os dois materiais específicos se "unem" para resistir ao movimento, e algo chamado "força normal" que se relaciona à massa do objeto. Mas se você não conhece o coeficiente de atrito, como trabalha a força? Você pode conseguir isso pesquisando on-line um resultado padrão ou realizando uma pequena experiência.

Encontrando a força do atrito experimentalmente

Use o objeto em questão e em uma pequena seção da superfície, você pode se mover livremente para montar uma rampa inclinada. Se você não pode usar a superfície inteira ou o objeto inteiro, basta usar um pedaço de algo feito do mesmo material. Por exemplo, se você tiver um piso de ladrilho como superfície, poderá usar um único ladrilho para criar a rampa. Se você tiver um armário de madeira como objeto, use um objeto menor e diferente feito de madeira (de preferência com um acabamento semelhante na madeira). Quanto mais perto você estiver da situação real, mais preciso será o seu cálculo.

Certifique-se de ajustar a inclinação da rampa, empilhando uma série de livros ou algo semelhante, para que você possa fazer pequenos ajustes na altura máxima.

Quanto mais inclinada a superfície, mais a força devido à gravidade trabalhará para puxá-la para baixo da rampa. A força de atrito trabalha contra isso, mas em algum momento, a força devido à gravidade a supera. Isso indica a força máxima de atrito para esses materiais, e os físicos descrevem isso através do coeficiente de atrito estático (μ_estático) A experiência permite encontrar o valor para isso.

Coloque o objeto no topo da superfície em um ângulo raso que não o faça deslizar pela rampa. Aumente gradualmente a inclinação da rampa adicionando livros ou outros objetos finos à sua pilha e encontre a inclinação mais íngreme em que você pode segurá-la sem que o objeto se mova. Você lutará para obter uma resposta completamente precisa, mas sua melhor estimativa estará próxima o suficiente do valor real para o cálculo. Meça a altura da rampa e o comprimento da base da rampa quando ela estiver nessa inclinação. Você está basicamente tratando a rampa como formando um triângulo em ângulo reto com o chão e medindo o comprimento e a altura do triângulo.

A matemática para a situação funciona perfeitamente, e acontece que a tangente do ângulo da inclinação indica o valor do coeficiente. Assim:

μ_estático = tan (θ)

Ou, como tan = oposto / adjacente = comprimento da base / altura, você calcula:

μ_estático = tan (comprimento da base / altura da rampa)

Conclua este cálculo para encontrar o valor do coeficiente para sua situação específica.

Dicas

F = μ_estático N

Onde o "N”Significa força normal. Para uma superfície plana, o valor disso é igual ao peso do objeto, para que você possa usar:

F = μ_estático mg

Aqui, m é a massa do objeto e g é a aceleração devida à gravidade (9,8 m / s²).

Por exemplo, a madeira em uma superfície de pedra tem um coeficiente de atrito de μ_estático = 0,3, portanto, use esse valor para um armário de madeira de 10 kg (kg) em uma superfície de pedra:

F = μ_estático mg

= 0,3 × 10 kg × 9,8 m / s²

= 29,4 newtons

Encontrando a força do atrito sem uma experiência

Procure on-line para encontrar o coeficiente de atrito entre suas duas substâncias. Por exemplo, um pneu de carro no asfalto tem um coeficiente de μ_estático = 0,72, o gelo na madeira tem μ_estático = 0,05 e a madeira no tijolo μ_estático = 0,6. Encontre o valor para sua situação (incluindo o uso do coeficiente de deslizamento, se você não estiver calculando o atrito do estacionário) e anote-o.

A equação a seguir mostra a força da força de atrito (com o coeficiente de atrito estático):

F = μ_estático N

Se sua superfície for plana e paralela ao chão, você poderá usar:

F = μ_estático mg

Caso contrário, a força normal é mais fraca. Nesse caso, encontre o ângulo da inclinação θe calcule:

F = cos (θ) μ_estático mg

Por exemplo, usando um bloco de 1 kg de gelo na madeira, inclinado a 30 °, e lembrando que g = 9,8 m / s², isto dá:

F = cos (θ) μ_estático mg

= cos (30 °) × 0,05 × 1 kg × 9,8 m / s²

= 0,424 newtons