Súrlódási erő; fte és energiaveszteség
1. A súrlódási erő F.Az R, amelyet egy sík felületen mozgó test tapasztal, egyszerű módon függ a normál erőtől F.N ab, amelyet a test gyakorol az alapra:
.
Ez f az úgynevezett "súrlódási együttható", amely a súrlódási folyamat során érintkező két felület típusától függ. A súrlódási erők a mozgás állapotától is függenek. Háromféle súrlódás létezik:
- Statikus súrlódás
- Csúszó súrlódás
- Gördülő súrlódás
2. A ferde síkban lévő test addig marad nyugalomban, amíg a statikus súrlódási erő nagyobb, mint a lefelé irányuló erő. A mozgás akkor kezdődik, amikor a lefelé irányuló erő egy szögben megegyezik a statikus súrlódási erővel:
A statikus súrlódási együttható így könnyen meghatározható ebből a szögből:
.
3. A súrlódó erők egy út mentén hatnak súrlódó mű W.R. Az ehhez szükséges energiát a rendszer kezdetben rendelkezésre álló mechanikai energiamennyiségéből vonják el. A fékezési folyamatot kell példának tekinteni:
Tömeges jármű m a kezdeti sebességgel mozog v0, kinetikus energiája. Álljáig kell fékezni. Ha a kerekek fékezés közben reteszelődnek, csúszó súrlódás lép fel. Az állandó csúszó súrlódási erő F.g l befolyásolja a fékezési gyorsulást .
A fékezési folyamat időtartama: tB, a fékút B. Mivel állandó gyorsítással történő fékezés érvényes
.
Ennek eredményeként
A kinetikus energiába való beillesztés ahhoz vezet
A fékezés során az eredetileg rendelkezésre álló kinetikus energiát "használták" súrlódó munkák elvégzésére.
Állandó súrlódási erő F.R eltávolítja a mechanikai energiát egy rendszerből W. = F.R. és ezt átalakítja a rendszer belső energiájává. A belső energia növekedése például a hőmérséklet növekedésében nyilvánul meg.
4. Az energiamérleg
,
amely súrlódás nélküli folyamatokra vagy elhanyagolható súrlódású folyamatokra vonatkozik, a súrlódás figyelembevételével kell helyettesíteni
.
a) Egy 100 kg-os kerékpáros sebessége egyenletesen lejtős útszakaszon kezdetben 5 m/s (hossza 200 m; magasságkülönbség 20 m). Mekkora sebessége van a lejtő végén, ha 80 N erővel egyenletesen fékez.?
1. állapot:
2. állapot:
A megadott értékekkel:
.
b) Ugyanaz a helyzet - csak ezúttal nem fékez a kerékpáros. Csak a kerék és az út közötti gördülősúrlódásnak van fékhatása. Legyen a gördülési súrlódási együttható.
A súrlódási erő most van. Tehát a dőlésszög szükséges:
.
A megadott értékekkel:
(összehasonlításképpen: súrlódási erők nélkül a végsebesség v '2 = 20,4 m/s)
Feladatok
További gyakorlatok
1. Egy döngölő blokk (m = 1000 kg) egy függőleges oszlopon fekszik. 2,8 m-rel megemelve szabadon esik az oszlopra.
a) Mekkora a döngölőtömb energiája és sebessége, amikor a halomba ütközik?
b) A döngölő blokk ütközéskor ütközik az oszlopon = 4 cm a talajba. Milyen tényezővel nagyobb a generált hajtóerő, mint a tömb súlya? (A döngölőtömb és a halom magassági energiájának változása útközben elhanyagolható.)
2. Egy 80 kg-os síelő áthalad egy mélyedésen. A lejtős lejtőn veszít H1 = 12 m magas, ismét nyer a lejtőn H2 = 8 m magas. Az utazás elején és végén a sebesség nulla. A teljes lefedett út 160 m hosszú.
Mekkora átlagos súrlódási erővel fékezték vezetés közben?
3. Egy ferde sík 10 m hosszú és 1 m magas.
a) Milyen munka W.1 szükséges, hogy legyen teste a tömeggel m = 2 kg-ot mozgasson felfelé a ferde sík mentén, ha a súrlódást figyelmen kívül hagyja?
b) Mekkora a munka W.2 amikor súrlódó erő van mozgásban F.R = 1,5 N-t le kell győzni?
4. A vonat sebességgel eléri az emelkedő szakasz elejét v0 = 72 km/h. A lejtés szöge a = 3 °.
Meddig jut a vonat az emelkedőn, ha a fékezési súrlódási erő a súlyának 0,5% -a?
1.