Siła tarcia i przyspieszenie dośrodkowe: 5 faktów

by

W tym artykule omówimy 5 faktów związanych z siłą tarcia i przyspieszeniem dośrodkowym.

Przed przystąpieniem do szczegółowych faktów związanych z siłą tarcia i przyspieszenie dośrodkowe musimy mieć podstawowe pojęcie o sile tarcia i przyspieszeniu dośrodkowym. Siła tarcia to siła, która stawia opór ruchowi korpusu lub powierzchni ślizgowej nad drugą.

Jeśli ciało porusza się po torze kołowym ze zmianą kierunku jego prędkości, to jego przyspieszenie jest znane jako przyspieszenie dośrodkowe. Na to ciało działa siła dośrodkowa, dlatego generowane jest przyspieszenie dośrodkowe.

Jak ma się siła tarcia do przyspieszenia dośrodkowego?

Aby opisać związek między siłą tarcia a przyspieszenie dośrodkowe musimy wziąć przykład samochodu poruszającego się po płaskim łuku. Krzywa jest krzywą bez banku. Gdy samochód porusza się po drodze, powinna występować tendencja do poślizgu.

Ale nie ześlizguje się, dlaczego? Odpowiedzią jest tarcie statyczne. Statyczna siła tarcia działa w kierunku przeciwnym do ruchu samochodu na drodze, dzięki czemu nie ślizga się. Jedyną siłą działającą na opony samochodu w kierunku poziomym jest siła tarcia statycznego. 

Wszyscy wiemy, że samochód potrzebuje siły dośrodkowej, aby poruszać się po nienachylonej krzywej. Więc tutaj siła tarcia statycznego musi być siłą dośrodkową. Wyrażenie matematyczne na siłę tarcia statycznego jest równe Fs= μ.N gdzie N oznacza siłę normalną, a μ oznacza współczynnik tarcia statycznego. 

Normalne N odpowiada ciężarowi samochodu poruszającego się w dół. Dlatego , Fs= μ.N = μ.mg Teraz wszyscy wiemy, że matematycznym wyrażeniem siły dośrodkowej jest Fc = mw2/r gdzie v i r oznaczają odpowiednio prędkość samochodu i promień łuku.

Dlatego , Fs= μ.N = μ.mg = Fc = mv2/r

                        v2/r = μg

Tutaj wyrażenie matematyczne dla przyspieszenie dośrodkowe jest v2/r. Stąd możemy powiedzieć, że możemy obliczyć wartość przyspieszenie dośrodkowe od siły tarcia. Związek między siłą tarcia a przyspieszenie dośrodkowe wynosi v2/r = μg.

siła tarcia i przyspieszenie dośrodkowett
Siła tarcia i przyspieszenie dośrodkowe od wikipedia

Czy siły tarcia mogą powodować przyspieszenia dośrodkowe?

Bardzo powszechny przykład przechylania się dróg może pomóc nam zrozumieć, czy siły tarcia mogą być w stanie wytworzyć przyspieszenia dośrodkowe. Najpierw musimy wiedzieć co to jest bankowość dróg? Czasami widzimy, jak opony samochodów ślizgają się podczas zawracania na jezdnię. 

Aby wyeliminować tę możliwość poślizgu, do samochodu jest doprowadzona siła dośrodkowa. Zjawisko utrzymywania kąta w celu zmniejszenia prawdopodobieństwa poślizgu samochodu znane jest jako bankowość drogi.

Istnieją 3 rodzaje bankowości. Tutaj zilustrowany zostanie tylko przypadek, w jaki sposób siły tarcia mogą wytwarzać przyspieszenia dośrodkowe. Jeśli kąt przechyłu wynosi zero wtedy tylko siły tarcia mogą wytworzyć dośrodkową przyspieszenia. 

Gdy kąt przechyłu pozostaje zero, samochód musi skręcać na płaskich zakrętach. W tym przypadku skierowana w górę siła normalna (N) równoważy masę (mg) samochodu, który działa w dół, ponieważ ma charakter pionowy. Dlatego , N =mg………(1)

Jeśli droga jest wystarczająco gładka, samochód nie może skręcać, ponieważ poślizgnie się pod nieobecność sił tarcia. Ale w przypadku nierównej drogi siła dośrodkowa będzie zapewniona przez siłę tarcia (f), która działa na drogę. 

Zatem f = μ.N = μ.mg …………….(2) [z równania (1)]

Jako siła dośrodkowa ( Fc= mv2/r) zapewnia siła tarcia (f) stąd

                        f = μ.N = μ.mg = Fc= mv2/r [z równania (2)]

Dlatego μ.g = v2/r

                           v = √μ.rg …………….. (3)

Tutaj v= v max = maksymalna prędkość jaką może osiągnąć samochód na płaskiej drodze

2 3
Bankowość dróg od wikipedia

Kiedy siły tarcia powodują przyspieszenia dośrodkowe?

Tutaj możemy wziąć przykład karuzeli. Powiedzmy, że ktoś stoi na karuzeli, a karuzela porusza się, ale nie w bardzo szybki sposób. Wtedy osoba ta znajdzie się w tej samej pozycji, w której stała, gdy karuzela była w spoczynku. 

Teraz pojawia się pytanie, jak to możliwe, skoro karuzela się porusza, osoba powinna również zmienić swoją pozycję. Odpowiedź wynika z siły tarcia. W tym przypadku przyspieszenie, które uzyskuje osoba, jest przyspieszeniem dośrodkowym i jest wytwarzane przez siłę tarcia.

Jak siły tarcia powodują przyspieszenia dośrodkowe?

Tutaj ponownie weźmiemy przykład jadącego samochodu, który chce skręcić na niezabudowanej drodze. W poprzedniej części ta koncepcja została już szczegółowo omówiona. Więc jeśli samochód chce skręcić na płaskiej drodze, zostanie poślizgnięty. Jeśli się nie poślizgnie, to na pewno istnieje inna siła, która zmniejszyła jego szansę na poślizg.

Ta siła jest statyczną siłą tarcia. Zapewnia siłę dośrodkową opon samochodu. Przyspieszenie osiągane przez samochód, które jest przyspieszeniem dośrodkowym, jest również wytwarzane z tej statycznej siły tarcia.

Przykłady sił tarcia, które powodują przyspieszenia dośrodkowe

Tutaj weźmiemy matematyczny przykład, aby pokazać, że siły tarcia wytwarzają przyspieszenia dośrodkowe.

Problem numeryczny :

Samochód porusza się po płaskiej drodze. Jaka jest wartość maksymalnej prędkości, z jaką samochód powinien się poruszać, aby wyeliminować prawdopodobieństwo poślizgu? Wartość współczynnika frakcji statycznej wynosi 0.4, masa samochodu 100 kg, a promień jezdni 4m. (g= 10 m/s2)

Odpowiedź :

W pytaniu wspomina się, że droga jest płaska. Oznacza to, że kąt przechyłu wynosi zero.

Stąd siła dośrodkowa potrzebna do skręcenia samochodu jest dostarczana przez tarcie statyczne.

 Tutaj μ=0.4,m=100 kg i g= 10 m/s2, r = 4 m

Fs= μ.mg

μ.mg = mv2/r

v max = v = √μ.rg

v max  = √0.4 x 4 x 10

v max  = 4 m/s gdzie v max to maksymalna prędkość, z jaką samochód powinien się poruszać, aby wyeliminować prawdopodobieństwo poślizgu.

Wnioski

W tym artykule związek między siłą tarcia a przyspieszeniem dośrodkowym wraz z przykładem numerycznym jest szczegółowo opisany.

Przeczytaj także: