In 'n spesiale afdeling van fisika - dinamika, wanneer hulle die beweging van liggame bestudeer, oorweeg hulle die kragte wat op die bewegende sisteem inwerk. Laasgenoemde kan beide positiewe en negatiewe werk verrig. Oorweeg in hierdie artikel wat die werk van die wrywingskrag is en hoe dit bereken word.
Die konsep van werk in fisika
In fisika is die konsep van "werk" anders as die gewone idee van hierdie woord. Werk word verstaan as 'n fisiese grootheid, wat gelyk is aan die skalêre produk van die kragvektor en die verplasingsvektor van die liggaam. Aanvaar dat daar een of ander voorwerp is waarop die krag F¯ inwerk. Aangesien geen ander kragte daarop inwerk nie, sal sy verplasingvektor l¯ in rigting met die vektor F¯ saamval. Die skalêre produk van hierdie vektore sal in hierdie geval ooreenstem met die produk van hul modules, dit is:
A=(F¯l¯)=Fl.
Die waarde A is die werk verrig deur die krag F¯ om die voorwerp 'n afstand l te beweeg. Met inagneming van die afmetings van die waardes F en l, vind ons dat die werk in newton per meter (Nm) in die SI-stelsel gemeet word. Die eenheidNm het sy eie naam - dit is 'n joule. Dit beteken dat die konsep van werk dieselfde is as die konsep van energie. Met ander woorde, as 'n krag van 1 newton 'n liggaam 1 meter beweeg, dan is die ooreenstemmende energiekoste 1 joule.
Wat is die krag van wrywing?
Om die vraag oor die werk van die wrywingskrag te bestudeer is moontlik as jy weet van watter soort krag ons praat. Wrywing in fisika is 'n proses wat enige beweging van een liggaam op die oppervlak van 'n ander voorkom wanneer hierdie oppervlaktes in aanraking gebring word.
As ons net soliede liggame in ag neem, dan is daar drie tipes wrywing vir hulle:
- rus;
- strokie;
- rol.
Hierdie kragte werk tussen kontakvlakke in en is altyd gerig teen die beweging van liggame.
Rusende wrywing verhoed die beweging self, glywrywing manifesteer hom in die proses van beweging, wanneer die oppervlaktes van liggame oor mekaar gly, en rollende wrywing bestaan tussen die liggaam wat op die oppervlak rol en die oppervlak self.
'n Voorbeeld van die werking van statiese wrywing is 'n motor wat op die handrem op 'n heuwel is. Glywrywing manifesteer wanneer 'n skiër op sneeu beweeg of 'n skater op ys beweeg. Uiteindelik tree rollende wrywing op terwyl die motor se wiel langs die pad beweeg.
Kragte vir al drie tipes wrywing word bereken deur die volgende formule te gebruik:
Ft=µtN.
Hier is N die ondersteuningsreaksiekrag, µt is die wrywingskoëffisiënt. Krag Ntoon die grootte van die impak van die steun op die liggaam loodreg op die vlak van die oppervlak. Wat die parameter µt betref, word dit eksperimenteel gemeet vir elke paar vryfmateriaal, byvoorbeeld hout-hout, staal-sneeu, ensovoorts. Die gemete resultate word in spesiale tabelle versamel.
Vir elke wrywingskrag het die koëffisiënt µt sy eie waarde vir die geselekteerde paar materiale. Die koëffisiënt van statiese wrywing is dus 'n paar tientalle persent groter as dié vir glywrywing. Op sy beurt is die rolkoëffisiënt 1-2 ordes van grootte minder as dié vir gly.
Werk van wrywingskragte
Nou, nadat jy vertroud geraak het met die konsepte van werk en met die tipes wrywing, kan jy direk na die onderwerp van die artikel gaan. Kom ons oorweeg alle soorte wrywingskragte in volgorde en bepaal watter werk hulle doen.
Kom ons begin met statiese wrywing. Hierdie tipe manifesteer homself wanneer die liggaam nie beweeg nie. Aangesien daar geen beweging is nie, is sy verplasingvektor l¯ gelyk aan nul. Laasgenoemde beteken dat die werk van die statiese wrywingskrag ook gelyk is aan nul.
Glywrywing, per definisie, werk slegs wanneer die liggaam in die ruimte beweeg. Aangesien die krag van hierdie tipe wrywing altyd teen die beweging van die liggaam gerig is, beteken dit dat dit negatiewe werk doen. Die waarde van A kan met die formule bereken word:
A=-Ftl=-µtNl.
Die werk van die gly-wrywingskrag is daarop gemik om die beweging van die liggaam te vertraag. As gevolg van hierdie werk word die meganiese energie van die liggaam in hitte omgeskakel.
Rollende wrywing, soos gly, behels ook liggaamsbeweging. Die rollende wrywingskrag doen negatiewe werk, wat die aanvanklike rotasie van die liggaam vertraag. Aangesien ons praat oor die rotasie van die liggaam, is dit gerieflik om die waarde van die werk van hierdie krag deur die werk van sy momentum te bereken. Die ooreenstemmende formule word geskryf as:
A=-Mθ waar M=FtR.
Hier is θ die rotasiehoek van die liggaam as gevolg van rotasie, R is die afstand vanaf die oppervlak tot by die rotasie-as (wielradius).
Probleem met glywrywingskrag
Dit is bekend dat 'n houtblok op die rand van 'n skuins houtvlak is. Die vliegtuig is skuins na die horison teen 'n hoek van 40o. Met die wete dat die koëffisiënt van glywrywing 0,4 is, die lengte van die vlak 1 meter is, en die massa van die staaf ooreenstem met 0,5 kg, is dit nodig om die werk van glywrywing te vind.
Bereken die krag van glywrywing. Dit is gelyk aan:
Ft=mgcos(α)µt=0.59.81cos(40 o)0, 4=1,5 N.
Dan sal die ooreenstemmende werk A wees:
A=-Ftl=-1.51=-1.5 J.
Rollende wrywingprobleem
Dit is bekend dat die wiel vir 'n entjie langs die pad gerol en gestop het. Die deursnee van die wiel is 45 cm Die aantal omwentelinge van die wiel voor stop is 100. Met inagneming van die rolkoëffisiënt gelyk aan 0,03, is dit nodig om te vind waaraan die werk van die rollende wrywingskrag gelyk is. Die massa van die wiel is 5 kg.
Eers, kom ons bereken die rollende wrywingsmoment:
M=FtR=µtmgD/2=0.0359, 81 0, 45/2=0, 331 Nm.
As die aantal omwentelinge wat die wiel gemaak het, vermenigvuldig word met 2pi radiale, dan kry ons die rotasiehoek van die wiel θ. Dan is die formule vir werk:
A=-Mθ=-M2pin.
Waar n die aantal omwentelinge is. Deur die moment M en die getal n uit die voorwaarde te vervang, kry ons die vereiste werk: A=- 207.87 J.
