마찰은 상대 운동에 저항하는 힘이며 물체 사이의 경계면에서 발생하지만 유체의 경우처럼 물체 내에서도 발생합니다. 마찰계수의 개념은 레오나르도 다빈치(Leonardo da Vinci)에 의해 처음 공식화되었습니다. 마찰 계수의 크기는 표면 특성, 주변 환경, 표면 특징, 윤활제 존재 여부 등에 따라 결정됩니다.

마찰의 법칙

마찰에는 5가지 법칙이 있으며 다음과 같습니다.

• 움직이는 물체의 마찰은 수직력에 비례하고 수직입니다.

마이플릭서

• 물체가 경험하는 마찰은 물체가 접촉하는 표면의 특성에 따라 달라집니다.

• 마찰은 접촉 영역이 있는 한 접촉 영역과 무관합니다.

• 운동마찰은 속도와 무관합니다.

• 정지마찰계수는 운동마찰계수보다 크다.

우리가 어떤 물체를 볼 때 매끄러운 표면을 볼 수 있지만, 동일한 물체를 현미경으로 보면 매끄럽게 보이는 물체에도 거친 모서리가 있음을 알 수 있습니다. 현미경으로 보면 작은 돌기둥이나 홈이 보이는데 이를 표면의 요철이라고 합니다. 따라서 한 물체가 다른 물체 위로 움직일 때 표면의 불규칙성이 얽혀 마찰이 발생합니다. 거칠기가 클수록 불규칙성이 커지고 적용되는 힘도 커집니다.

정적마찰

정지 마찰의 원인에 관한 몇 가지 이론이 있으며 대부분의 마찰 관련 개념과 마찬가지로 각 이론은 특정 조건에서는 유효하지만 다른 상황에서는 실패합니다. 실제 응용 분야(특히 산업 기계 및 모션 관련 응용 분야)에 적합합니다. 정지 마찰 뒤에 가장 널리 받아들여지는 두 가지 이론은 표면의 미세한 거칠기와 관련이 있습니다.

표면이 얼마나 완벽하게 가공되고, 마감되고, 청소되었는지에 관계없이, 표면에는 필연적으로 돌기가 있습니다. 본질적으로 산맥과 마찬가지로 봉우리와 계곡으로 구성된 거칠기입니다. (기술적으로 피크는 돌기입니다.) 두 표면이 접촉하면 크고 잘 정의된 접촉 영역이 있는 것처럼 보일 수 있지만 실제로 접촉은 특정 위치, 즉 돌기가 있는 곳에서만 발생합니다. 두 표면이 모두 간섭합니다.

돌기 사이의 이러한 작은 접촉 영역의 합을 실제 또는 유효 접촉 영역이라고 합니다. 이러한 개별 접촉 영역은 매우 작기 때문에 이러한 지점에서 표면 사이의 압력(압력 = 힘 ¼ 면적)이 매우 높습니다. 이러한 극심한 압력은 분자 수준에서 발생하는 냉간 용접으로 알려진 공정을 통해 표면 사이에 접착이 발생하도록 합니다. 표면이 서로 상대적으로 움직이기 전에 이러한 접착을 유발하는 결합이 끊어져야 합니다.

또한 표면이 거칠다는 것은 일부 위치에서 한 표면의 돌기가 다른 표면의 골에 자리잡게 된다는 것을 의미합니다. 즉, 표면이 서로 맞물리게 됩니다.

표면이 움직이려면 먼저 서로 맞물린 영역을 깨뜨리거나 소성 변형시켜야 합니다. 즉, 마모가 발생해야 합니다. 따라서 대부분의 응용 분야에서 정지 마찰은 접촉 표면의 접착과 마모로 인해 발생합니다.

정적 마찰의 법칙

정지 마찰에는 두 가지 법칙이 있습니다.

1. 첫 번째 법칙: 정지 마찰의 최대 힘은 접촉 면적에 의존하지 않습니다.
2. 두 번째 법칙: 정지 마찰의 최대 힘은 수직력과 비교됩니다. 즉, 수직력이 증가하면 물체가 움직이지 않고 견딜 수 있는 최대 외력도 증가합니다.

정지마찰 공식 유도

그림과 같이 수평면에 무게 mg의 블록이 놓여 있다고 가정해 보겠습니다. 신체가 표면을 누르면 표면은 단단한 것처럼 보이더라도 변형됩니다. 변형된 표면은 표면에 수직인 수직력 R로 몸체를 밀어냅니다. 이것을 정상 반력이라고 합니다. 그것은 mg의 균형을 맞춥니다.

R = mg

이제 블록에 힘 P가 가해졌다고 가정해 보겠습니다. 다른 힘 F가 수평 방향으로 작용하고 적용된 힘 P에 반대하여 신체에 가해지는 순 힘이 0이 되기 때문에 분명히 신체는 정지 상태를 유지합니다. 테이블의 표면과 접촉하는 몸체의 표면을 따라 작용하는 이 힘 F를 마찰력이라고 합니다.

따라서 몸체가 움직이지 않는 한 F = P입니다. 이는 P를 늘리면 마찰 F도 증가하여 항상 P와 동일하게 유지된다는 의미입니다.

실제 운동이 시작될 때까지 작용하는 이 마찰력을 정지 마찰이라고 합니다.

정적 마찰 계수

정지 마찰은 물체가 표면에 놓일 때 경험하는 마찰입니다. 그리고 운동마찰은 표면 위의 물체의 움직임으로 인해 발생합니다. 마찰은 마찰계수로 잘 특성화되며 마찰력과 수직력의 비율로 설명됩니다. 이는 물체가 표면에 놓이는 데 도움이 됩니다. 정지 마찰 계수는 스칼라 수량이며 μ로 표시됩니다._에스.

정지 마찰 계수에 대한 공식은 다음과 같이 표현됩니다.

mu_{s} = frac{F}{N}

어디

중 _에스 ​ = 정지마찰계수

에프 = 정지마찰력

N = 수직력

운동마찰

운동마찰은 움직이는 표면 사이에 작용하는 힘으로 정의됩니다. 표면에서 움직이는 물체는 움직임과 반대 방향으로 힘을 받습니다. 힘의 크기는 두 재료 사이의 운동 마찰 계수에 따라 달라집니다.

마찰은 미끄러지는 물체를 붙잡는 힘으로 쉽게 정의됩니다. 운동 마찰은 모든 것의 일부이며 두 개 이상의 물체의 움직임을 방해합니다. 힘은 물체가 미끄러지려는 방향과 반대 방향으로 작용합니다.

자동차가 정지해야 할 경우 브레이크를 밟으면 바로 마찰이 발생합니다. 걷다가 갑자기 멈춰서고 싶을 때 마찰은 다시 감사하는 일이다. 그러나 웅덩이 한가운데서 멈춰야 할 때, 마찰이 적고 그다지 도움이 되지 않기 때문에 상황은 더욱 어려워집니다.

두 표면 사이의 정지 마찰을 극복하면 본질적으로 운동에 대한 분자 장애물(돌기 사이의 냉간 용접)과 기계적 장애물(표면의 돌기 및 골 사이의 간섭)이 모두 제거됩니다. 일단 움직임이 시작되면 약간의 마모가 계속 발생하지만 정지 마찰 중보다 훨씬 낮은 수준이며 표면 사이의 상대 속도로 인해 추가 냉간 용접이 발생할 시간이 충분하지 않습니다(매우 낮은 속도의 경우 제외).

대부분의 접착과 마모가 극복되어 움직임이 유도되면서 표면 사이의 움직임에 대한 저항이 줄어들고 이제 표면은 정지 마찰보다 훨씬 낮은 운동 마찰의 영향을 받아 움직이게 됩니다.

운동마찰의 법칙

운동 마찰에는 네 가지 법칙이 있습니다.

1. 첫 번째 법칙: 운동마찰력(F_케이)는 접촉하는 두 표면 사이의 정규 반응(N)에 정비례합니다. 어디, 중 _케이 ​ = 운동마찰계수라고 불리는 상수.
2. 두 번째 법칙: 운동 마찰력은 접촉하는 표면의 모양 및 겉보기 면적과 무관합니다.
3. 세 번째 법칙: 이는 접촉하는 표면의 특성과 재질에 따라 다릅니다.
4. 네 번째 법칙: 물체와 표면 사이의 상대 속도가 너무 크지 않으면 접촉하는 물체의 속도와 무관합니다.

운동마찰의 공식

운동 마찰 계수는 그리스 문자 mu( 중 ), 아래첨자 k가 붙습니다. 운동마찰력은 중 _케이 신체에 가해지는 수직 힘의 배입니다. 뉴턴(N)으로 표현됩니다.

운동마찰 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

운동마찰력 = (운동마찰계수)(수직항력)

에프 _케이 =m _케이 시간

어디,

에프 _케이 = 운동마찰력

중 _케이 운동마찰계수

h = 수직항력(그리스 문자 eta)

운동마찰 공식 유도

무게 블록을 생각해 봅시다. mg 그림과 같이 수평면에 누워 있습니다. 신체가 표면을 누르면 표면은 단단한 것처럼 보이더라도 변형됩니다. 변형된 표면은 수직력으로 몸체를 밀어냅니다. 아르 자형 즉 표면에 수직입니다. 이것을 정상 반력이라고 합니다. 그것은 mg의 균형을 유지합니다. R = mg .

이제 그것을 힘이라고 생각해 봅시다. 피 그림과 같이 블록에 적용됩니다. 분명히 몸은 다른 ​​힘으로 인해 정지 상태를 유지합니다. 에프 수평 방향으로 작용하고 가해지는 힘에 반대합니다. 피 결과적으로 신체에 가해지는 순 힘은 0이 됩니다. 테이블의 표면과 접촉하는 몸체의 표면을 따라 작용하는 이 힘 F를 마찰력 .

몸이 움직이지 않는 한 F = P . 이는 P를 증가시키면 마찰 F도 증가하여 항상 P와 동일하게 유지된다는 것을 의미합니다.

마찰 제한을 약간 넘어 적용되는 힘을 증가시키면 실제 동작이 시작됩니다. 그렇다고 마찰이 사라진 것은 아니다. 이는 힘이 한계 마찰을 극복했음을 의미할 뿐입니다. 이 단계의 마찰력은 운동 마찰 또는 동적 마찰로 알려져 있습니다.

운동 마찰 또는 동적 마찰은 신체가 실제로 다른 신체의 표면 위로 움직일 때 작용하는 반대 힘입니다.

정적 및 운동 마찰의 응용

정적 마찰의 응용

정적 마찰의 실제 사례는 아래에 나와 있습니다.

• 탁상 위에 놓인 서류
• 선반에 걸려있는 수건
• 책 속의 북마크
• 언덕에 주차된 자동차

운동마찰의 응용

운동 마찰의 실제 사례가 아래에 나와 있습니다.

• 마찰은 또한 두 물체를 문지르는 것과 같은 일상적인 사건에서 큰 역할을 합니다. 결과적인 움직임은 열로 변환되어 어떤 경우에는 화재가 발생합니다.
• 또한 마모의 원인이 되므로 마찰을 줄이기 때문에 기계 부품에 윤활유를 바르는 데 오일이 필요합니다.
• 두 물체를 서로 마찰시키면 마찰력이 열에너지로 변환되어 화재가 발생하는 경우도 있습니다.
• 운동마찰은 기계 부품의 마모를 담당하므로 기계 부품에 오일을 바르는 것이 중요합니다.

정적 마찰과 운동 마찰의 차이점

정적 및 운동 마찰에 기초한 샘플 문제

질문 1: 한 남자가 무게가 75.0kg인 큰 판지 상자를 바닥으로 밀어냅니다.

해결책:

운동 마찰 계수는 μ입니다._케이= 0.520​

작업자는 앞으로 400.0N의 힘을 가합니다.

마찰력의 크기는 얼마인가?

답: 평평한 표면에서 물체의 수직력은 다음 공식으로 알아낼 수 있습니다.

h = mg

방정식 F에 eta 값을 대입하면_케이=m_케이​ eta , 우리는 얻는다

에프_케이= (0.520) (75.0kg) (9.80m/s²) = 382.2N

질문 2: 위 질문에서 상자를 움직이는 알짜 힘을 계산해 보세요.

해결책:

물체에 작용하는 순힘은 물체에 작용하는 모든 힘의 합입니다.

이 경우 신체에 작용하는 힘은 사람이 가하는 힘과 반대 방향으로 작용하는 운동마찰력이다.

직원 선발 커미션의 의미

전진 운동이 양수로 간주되면 순 힘은 다음과 같이 계산됩니다.

에프_그물= F_노동자– 에프_케이

위 방정식의 값을 대체하면 다음을 얻습니다.

에프_그물= 400N – 382.2N = 17.8N

질문 3: 롤링 모션은 왜 마찰을 경험합니까?

답변:

이론적으로 공은 표면과 점접촉을 합니다.

그러나 실제로는 하중으로 인해 볼(및/또는 표면)이 변형되고 접촉 영역이 타원형이 됩니다.

이론적으로 대부분의 회전 및 선형 베어링(평면 베어링 제외)에서 볼 수 있는 것과 같은 구름 표면은 마찰력을 만나면 안 됩니다.

그러나 실제 응용 분야에서는 세 가지 요소가 롤링 표면에 마찰을 유발합니다.

1. 표면 사이의 마이크로 슬립(표면이 서로 상대적으로 미끄러짐)

2. 재료의 비탄성 특성(예: 변형)

3. 표면의 거칠기

질문 4: 질량이 10kg인 물체가 매끄러운 표면 위에 놓여 있습니다. 이 두 표면 사이의 정지 마찰은 15N으로 제공됩니다. 정지 마찰 계수를 찾으십니까?

해결책:

주어진

m = 10kg

F = 15N

중_에스= ?

우리는 그것을 알고 있습니다.

스캐너 자바

수직력, N = mg

따라서 N = 10× 9.81 = 98.1 N

정지 마찰 계수에 대한 공식은 다음과 같습니다.

중_에스= 15/N

중_에스= 15/98.1

중 _에스 = 0.153

질문 5: 물체의 수직력과 정지 마찰력은 각각 50N과 80N입니다. 정지 마찰 계수를 찾으십니까?

해결책:

주어진

N = 50N

F = 80N 및 μ_에스= ?

정지마찰계수 공식은 다음과 같습니다.

중_에스= F/N

중_에스= 80/50

중_에스= 1.6

질문 6: 정적 마찰과 운동 마찰 사이의 관계는 무엇입니까?

답변:

정지 마찰력은 정지된 물체를 정지 상태로 유지합니다. 정지 마찰력이 극복되면 운동 마찰력이 움직이는 물체의 속도를 늦추게 됩니다.

질문 7: 냉장고의 무게는 1619N이고 정지마찰계수는 0.50입니다. 냉장고를 움직일 때 사용되는 최소한의 힘은 얼마입니까?

해결책:

주어진 데이터:

냉장고의 무게, W=1619 N

W=1619N

정지 마찰 계수, μ_에스= 0.50

냉장고를 움직이는 데 필요한 최소 힘은 다음과 같이 주어질 수 있습니다.

F = m_에스안에

F = 0.50 × 1619

F = 809.50N.