滚动摩擦:定义,系数,公式(含示例)

您所在的位置:网站首页 滚动摩擦系数一般是多少啊 滚动摩擦:定义,系数,公式(含示例)

滚动摩擦:定义,系数,公式(含示例)

2024-07-09 07:24| 来源: 网络整理| 查看: 265

摩擦是日常生活的一部分。 在理想化的物理问题中,您通常会忽略诸如空气阻力和摩擦力之类的问题,但是,如果要准确地计算对象在整个表面上的运动,则必须考虑到对象与表面之间的接触点处的相互作用。

这通常意味着根据具体情况使用滑动摩擦,静摩擦或滚动摩擦。 尽管像球或车轮这样的滚动物体显然比要滑动的物体承受的摩擦力小,但是您仍然需要学习计算滚动阻力来描述物体(例如汽车轮胎在沥青上)的运动。

滚动摩擦的定义

滚动摩擦是动摩擦的一种,也称为 滚动阻力 ,适用于滚动运动(与滑动运动相反,另一种是动摩擦),并且与滚动运动的 抵抗 方式基本相同,它与其他形式的摩擦力相同。

一般而言,滚动所涉及的阻力不如滑动那么大,因此表面上 的滚动摩擦系数 通常小于同一表面上的滑动或静态情况下的摩擦系数。

滚动过程(或纯滚动过程,即无打滑)与滑动过程有很大不同,因为滚动过程会在对象上的每个新点与表面接触时包括额外的摩擦。 结果,在任何给定的时刻都有一个新的接触点,并且这种情况立即类似于静摩擦。

除了表面粗糙度以外,还有许多其他因素会影响滚动摩擦。 例如,物体和用于滚动运动的表面在接触时变形的量会影响力的强度。 例如,小汽车或卡车轮胎在充气至较低压力时会遇到更大的滚动阻力。 除了直接作用在轮胎上的力外,一些能量损失也是由于热量引起的,称为 磁滞损失 。

滚动摩擦方程

滚动摩擦方程与滑动摩擦和静摩擦方程基本相同,只是滚动摩擦系数代替了其他类型摩擦的相似系数。

使用 F k,r表示滚动摩擦力(即,动力,滚动), F n表示法向力, μk ,r表示滚动摩擦系数,公式为:

F_ {k,r} =μ_{k,r} F_n

由于滚动摩擦是一个力,所以 F k,r的单位是牛顿。 解决涉及滚动体的问题时,需要查找特定材料的特定滚动摩擦系数。 Engineering Toolbox通常是这类事情的绝妙资源(请参阅参考资料)。

像往常一样,法向力( F n )具有相同大小的物体在水平表面上的重量(即 mg ,其中 m 为质量, g = 9.81 m / s 2 )(假定没有其他力在作用)沿该方向),并且在接触点处垂直于表面。 如果表面倾斜角度 θ ,则法向力的大小由 mg cos( θ )给出。

动摩擦计算

在大多数情况下,计算滚动摩擦力是一个相当简单的过程。 想象一辆质量为 m = 1, 500 kg的汽车,在沥青上行驶, μk ,r = 0.02。 在这种情况下,滚动阻力是多少?

使用公式,在 F n = mg 旁边(在水平表面上):

\ begin {aligned} F_ {k,r}&=μ_{k,r} F_n \\&=μ_{k,r} mg \\&= 0.02×1500 ; \ text {kg}×9.81 ; \ text {m / s} ^ 2 \\&= 294 ; \ text {N} end {aligned}

您会看到,在这种情况下,由于滚动摩擦而产生的力似乎很大,但是考虑到汽车的质量,并根据牛顿第二定律,这仅相当于0.196 m / s 2的减速度。 一世

如果同一辆车正在以10度向上倾斜的道路行驶,则您必须使用 F n = mg cos( θ ),结果将更改:

\ begin {aligned} F_ {k,r}&=μ_{k,r} F_n \\&=μ_{k,r} mg \ cos(\ theta)\\&= 0.02×1500 ; \ text {kg }×9.81 ; \ text {m / s} ^ 2×\ cos(10°)\\&= 289.5 ; \ text {N} end {aligned}

由于法向力由于倾斜而减小,因此摩擦力减小了相同的倍数。

如果您知道滚动摩擦力和法向力的大小,也可以使用以下重新排列的公式来计算滚动摩擦系数:

μ_{k,r} = \ frac {F_ {k,r}} {F_n}

想象一下,在 F n = 762 N且 F k,r = 1.52 N的水平混凝土表面上滚动的自行车轮胎,滚动摩擦系数为:

\ begin {aligned}μ_{k,r}&= \ frac {F_ {k,r}} {F_n} \&= \ frac {1.52 ; \ text {N}} {762 ; \ text {N }} \&= 0.002 \ end {aligned}


【本文地址】


今日新闻


推荐新闻


CopyRight 2018-2019 办公设备维修网 版权所有 豫ICP备15022753号-3