Comment trouver le coefficient de friction cinétique (mis à jour en 2023)

Une quantité physique sans dimension qui spécifie l'interaction de deux objets est appelée coefficients.

Le coefficient de valeur de frottement cinétique Il évolue en fonction de la nature du matériau utilisé. Généralement, les coefficients donnent le rapport de deux quantités impliquées dans l'action. Dans cet article, expliquons comment trouver le coefficient de frottement cinétique et ses conséquences.

Comment trouver le coefficient de frottement cinétique

Considérons deux surfaces, telles qu'une surface se déplace au contact d'une autre. Les frottement résiste toujours au mouvement et arrête finalement le mouvement de la surface dans le sens opposé du mouvement.

Une formule générale pour trouver le coefficient de frottement est donnée par le rapport de la force de frottement et de la réaction normale agissant sur les surfaces dans une direction perpendiculaire.

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comment trouver le coefficient de frottement cinétique — **Diagramme du corps libre de la force de friction cinétique**

En réorganisant l'expression ci-dessus, nous pouvons également découvrir le frottement cinétique.

Comment calculer l'incertitude du coefficient de frottement cinétique

L'incertitude est due au désalignement des axes de coordonnées dans la direction du mouvement. Avec le force normale, la force tangentielle agit sur le système. Cette force tangentielle rend compte de l'apparition d'une incertitude sur le coefficient de frottement cinétique.

La valeur du coefficient n'est pas mesurée directement par l'expérience. Il est déterminé en calculant toutes les forces agissant sur le système et l'angle d'inclinaison de l'objet avec la surface.

L'expression générale du coefficient de frottement cinétique est donné par

Considérons le glissement d'un objet dans un plan. Le glissement de l'objet est pris pour les divers angles de l'objet le long du plan pour différentes instances. Calculez ensuite le coefficient de frottement cinétique pour tous les angles.

L'énoncé ci-dessus indique que la valeur du coefficient de frottement cinétique change avec le changement d'angle. Cet écart est dû à l'incertitude du coefficient de frottement cinétique. Étudions comment trouver le coefficient de frottement cinétique avec incertitude.

Avec la force normale F_N, la force tangentielle contribue également à l'évolution de la force de frottement. Cela conduit à une erreur dans le calcul du coefficient de frottement cinétique. La mesure de l'incertitude compense l'erreur survenue lors du calcul.

La force normale agit le long de l'axe Y et l'angle de désalignement est β. Et la force tangentielle agit le long de l'axe X avec l'angle mal aligné de . Ces normales et forces tangentielles sont en contact, et la force résultante le long des axes X et Y est donnée par

F_X =F_F cosα + F_N péché

F_X =µ_K F_N cosα + F_N péché

F_X=F_N (µ_K cosα + sinα)

De même pour l'axe Y

F_Y =F_N cosβ - f_F péché

F_Y =F_N (cosβ – µ_K sinβ) En résolvant les forces résultantes, l'incertitude sur le frottement est donnée par

Afin de calculer la mesure de l'incertitude type combinée, la fonction d'incertitude type doit être une valeur standard des valeurs d'entrée et les dérivées partielles du coefficient de frottement. La loi de « propagation de l'incertitude » nous aide à donner une valeur standard pour l'incertitude dans le frottement. Il est donné par l'équation.

Où, u est l'incertitude du système donné.

En différenciant les variables individuelles, nous obtenons la valeur standard d'incertitude dans le coefficient de frottement cinétique.

Cela donne la valeur d'incertitude standard pour les forces d'entrée agissant sur le système. En substituant ces valeurs dans l'équation aux dérivées partielles, nous obtenons la valeur d'incertitude.

Comment calculer le coefficient de frottement cinétique sans masse

Pour calculer le coefficient de frottement cinétique sans masse, considérons un bloc se déplaçant sur une surface plane. Le bloc de masse « m » se déplaçant avec une accélération « a » dans le sens de la force appliquée. La force normale agissant entre le bloc et la surface soit F_Nqui est perpendiculaire au mouvement du bloc. Nous savons que le force de friction agissant entre le bloc et la surface pour retarder le mouvement est donné par l'équation,

F_K =µ_K F_N

Selon la deuxième loi du mouvement de Newton, la force agissant sur le corps en mouvement est égale à la masse multipliée par l'accélération.

F = m* une

La force normale est influencée par la force de gravité donnée par

F_N= m*g

En remplaçant dans l'équation de la force de frottement, on obtient

F_K =µ_K m * g

Étant donné que le corps est en mouvement et que la force agissant sur le bloc est une force de friction cinétique, la loi de Newton peut être modifiée comme suit

Voir aussi Les essentiels de l'alliage : comprendre la composition, les utilisations et les avantages

F_K = m* un

En égalant les deux équations ci-dessus, nous obtenons,

µ_K m*g = m* un

µ_K g = a En réarrangeant l'équation que nous obtenons,

Cela donne la valeur du coefficient de frottement cinétique.

Détermination du coefficient de friction cinétique sur un plan incliné

Friction cinétique sur un plan incliné

Forces agissant sur l'objet:

Force gravitationnelle: $F_{gravité} = m cdot g$
Force normale: $F_{normal}$
Force de friction: $F_{friction}$

Décomposer la force gravitationnelle: La force gravitationnelle peut être divisée en deux composantes :

Parallèlement à la pente : $F_{gparallel} = m cdot g cdot sin(thêta)$
Perpendiculairement à l'inclinaison : $F_{gperp} = m cdot g cdot cos(thêta)$

Force de friction : lorsqu'un objet se déplace à une vitesse vitesse constante sur la pente :

Depuis que $F_{normal} = F_{gperp}$ et $F_{frottement} = F_{gparallèle}$ , on a: $mu_k = bronzage (thêta)$

Exemple:

Supposons que vous ayez un bloc incliné à 30° et que vous remarquiez qu'il commence à glisser à une vitesse constante sans aucune poussée externe. Déterminez le coefficient de frottement cinétique.

Donné: $thêta = 30^circ$

Trouver: $mu_k$

En utilisant la formule : $mu_k = bronzage (thêta)$

Brancher la valeur donnée : $mu_k = bronzage(30^circ)$ $mu_k environ 0.577$

Ainsi, le coefficient de frottement cinétique entre le bloc et la pente est d'environ 0.577.

Comment trouver le coefficient de friction cinétique avec accélération

Friction cinétique avec accélération

Lorsqu'un objet glisse sur une surface, il subit une force de résistance due à la surface. Cette force résistante est appelée frottement cinétique. L'ampleur de la force de friction cinétique ( $F k$ ) est donné par:

$F_{k} = mu_{k} fois N$

Où :

$mu_{k}$ est le coefficient de frottement cinétique.
$N$ est la force normale (ou la force agissant perpendiculairement à la surface). Dans de nombreux cas, cela équivaut au poids de l’objet si la surface est horizontale.

Si un objet se déplace sur une surface horizontale et qu'aucune autre force horizontale n'agit sur lui, alors la force nette ( $F_{net}$ ) l'action sur l'objet par frottement est :

$F_{net} = F_{k}$

En utilisant la deuxième loi de Newton ( $F_{net} = m fois a$ ), où $m$ est la masse de l'objet et $a$ est son accélération, nous pouvons assimiler les équations ci-dessus pour trouver :

$m fois a = mu_{k} fois N$

Pour résoudre $mu_{k}$ , vous pouvez réorganiser cette équation :

$mu_{k} = frac{m fois a}{N}$

Mise en situation :

Supposons que nous ayons un bloc de masse 10 kg glissant sur une surface horizontale. Le bloc a une accélération de 2 m/s² dans le sens du mouvement. Étant donné que l'accélération gravitationnelle ( $g$ ) est d'environ 9.81 m/s², on veut trouver $mu_{k}$ .

Tout d’abord, calculez la force normale ( $N$ ):

$N = m fois g$ $N = 10 9.81 texte{ kg} fois 2 texte{ m/s}^98.1 = XNUMX XNUMX texte{ N}$

Ensuite, utilisez la formule pour $mu_{k}$ :

$mu_{k} = frac{m fois a}{N}$ $mu_{k} = frac{10 texte{ kg} fois 2 texte{ m/s}^2}{98.1 texte{ N}}$ $mu_{k} environ 0.204$

Ainsi, le coefficient de frottement cinétique entre le bloc et la surface est d'environ 0.204.

Comment trouver le coefficient de friction cinétique sans force de friction

frottement cinétique sans force de frottement

Dans des scénarios réels, vous ne disposez peut-être pas toujours d'une mesure directe de la force de frottement entre deux surfaces, mais il peut quand même être nécessaire de déterminer le coefficient de frottement cinétique ( $μ k$ ). Une façon de dériver $μ k$ consiste à analyser le mouvement d'un objet sur une pente.

Lorsqu'un objet glisse sur une pente sans accélération (c'est-à-dire à vitesse constante), la force nette agissant sur lui est nulle. Cela signifie que la composante de gravité qui le tire vers le bas de la pente est équilibrée par la force de friction qui résiste à son mouvement.

Passons aux mathématiques :

Force gravitationnelle parallèle à l'inclinaison

La composante de la force gravitationnelle agissant parallèlement à l’inclinaison peut être trouvée en utilisant :

$F_{parallèle} = mg sin(thêta)$

Où :

$m$ est la masse de l'objet.
$g$ est l'accélération due à la gravité (environ $9.81 , texte{m/s}^2$ près de la surface de la Terre).
$thêta$ est l'angle d'inclinaison.

Force de friction

La force de friction agissant sur l’objet peut être représentée par :

$F_{frottement} = mu_k N$

Où $N$ est la force normale (perpendiculaire). Pour une pente, la force normale est donnée par :

$N = mg cos(thêta)$

La force de frottement vaut donc :

$F_{friction} = mu_k mg cos(thêta)$

Équilibrer les forces

A vitesse constante :

$F_{parallèle} = F_{friction}$

En remplaçant dans nos expressions :

$mg sin(thêta) = mu_k mg cos(thêta)$

A partir de là, nous pouvons résoudre $mu_k$ :

$mu_k = bronzage (thêta)$

Exemple élaboré

Disons qu'on observe un objet glisser sur une pente à une vitesse constante, et l'angle de l'inclinaison, $thêta$ , est mesuré à 30°.

En utilisant la formule dérivée :

$mu_k = bronzage(30^{circ})$

$mu_k environ 0.577$ (arrondi à trois décimales)

Ainsi, le coefficient de frottement cinétique, $mu_k$ , entre l'objet et l'inclinaison est d'environ 0.577.

REMARQUE: cette méthode suppose qu'aucune autre force (comme la résistance de l'air) n'agit sur l'objet et que l'objet se déplace à une vitesse constante sur la pente.

Comment trouver le coefficient de friction cinétique en utilisant la vitesse et la distance

Dans de nombreux scénarios expérimentaux ou réels, vous pouvez disposer d'informations sur la vitesse initiale d'un objet et la distance qu'il a parcourue avant de s'arrêter en raison du frottement. Ces données peuvent être inestimables pour déterminer le coefficient de frottement cinétique ( $μ k$ ) entre l'objet et la surface sur laquelle il glisse.

Voir aussi Types d'oculaires : Explorer le monde de l'optique

frottement cinétique avec vitesse et distance

Comprenons les principes derrière cela :

Travail effectué par la force de friction

Le travail effectué par la force de frottement sur la distance ( $d$ ) est égal à la variation de l’énergie cinétique de l’objet.

$W_{friction} = mu_k N ré$

Où :

$N$ est la force normale (perpendiculaire). Sur une surface horizontale, $N = mg$ , Où $m$ est la masse de l'objet et $g$ est l'accélération due à la gravité (environ $9.81 , texte{m/s}^2$ ).

Changement d'énergie cinétique

L'énergie cinétique initiale de l'objet (lorsqu'il a une vitesse $v$ ) est:

$KE_{initial} = frac{1}{2} mv^2$

Puisque l’objet s’arrête, son énergie cinétique finale est nulle. Ainsi, la variation de l’énergie cinétique est :

$Delta KE = frac{1}{2} mv^2$

Assimiler travail et changement dans l’énergie cinétique

Pour que l'objet s'arrête :

$W_{frottement} = Delta KE$

En remplaçant dans nos expressions :

$mu_k mgd = frac{1}{2} mv^2$

A partir de cette équation, nous pouvons résoudre $mu_k$ :

$mu_k = frac{v^2}{2gd}$

Exemple élaboré

Imaginez un objet glissant sur une surface horizontale. Il a une vitesse initiale de $5 , SMS{m/s}$ et s'arrête après avoir voyagé $10 , texte{m}$ . Déterminons le coefficient de frottement cinétique, $mu_k$ , entre l'objet et la surface.

En utilisant la formule dérivée :

$mu_k = frac{5^2}{2(9.81)(10)}$

$mu_k environ frac{25}{196.2}$

$mu_k environ 0.127$ (arrondi à trois décimales)

Ainsi, le coefficient de frottement cinétique, $mu_k$ , entre l'objet et la surface est d'environ 0.127.

REMARQUE: Cette méthode est basée sur le principe de conservation de l'énergie. Il suppose que la seule force qui agit sur l’objet (entraînant une modification de son énergie cinétique) est la force de frottement, sans qu’aucune autre force (comme la résistance de l’air) ne soit en jeu.

Comment trouver le coefficient de friction cinétique en utilisant la masse et la force

Lorsqu'un objet est en mouvement sur une surface horizontale et que vous connaissez la force qui lui est appliquée ainsi que sa masse, vous pouvez déterminer le coefficient de frottement cinétique ( $μ k$ ) entre l'objet et la surface. Examinons le processus étape par étape.

Force de friction

La force de frottement agissant contre le mouvement d’un objet sur une surface horizontale peut être donnée par :

$F_{frottement} = mu_k N$

Où :

$N$ est la force normale (perpendiculaire). Sur une surface horizontale, $N = mg$ , Où $m$ est la masse de l'objet et $g$ est l'accélération due à la gravité (environ $9.81 , texte{m/s}^2$ ).

Force nette agissant sur l'objet

Si une force ( $F$ ) est appliquée à l'objet pour le maintenir en mouvement à une vitesse constante sur la surface horizontale, la force nette est nulle (puisqu'il n'y a pas d'accélération). Cela signifie que la force appliquée $F$ est équilibré par la force de frottement :

$F = F_{friction}$

Trouver $μ k$

En utilisant les équations ci-dessus, nous pouvons exprimer $F$ en fonction de $μ_{k}$ :

$F = mu_kmg$

A partir de cette équation, nous pouvons résoudre $mu_k$ :

$mu_k = frac{F}{mg}$

Exemple élaboré

Considérons un objet ayant une masse de $10 , texte{kg}$ étant poussé sur une surface horizontale. Pour maintenir l'objet en mouvement à une vitesse constante, une force de $20 , texte{N}$ est appliqué. Déterminer le coefficient de frottement cinétique, $mu_k$ , entre l'objet et la surface.

En utilisant la formule dérivée :

$mu_k = frac{20}{10(9.81)}$

$mu_k environ frac{20}{98.1}$

$mu_k environ 0.204$ (arrondi à trois décimales)

Ainsi, le coefficient de frottement cinétique, $mu_k$ , entre l'objet et la surface est d'environ 0.204.

REMARQUE: Cette approche suppose que l'objet se déplace à une vitesse constante, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'accélération et que la force nette agissant sur lui est nulle. Ceci est crucial car cela nous permet d’assimiler la force appliquée à la force de frottement.

Foire aux Questions

Le calcul du frottement cinétique sans masse donne-t-il la même valeur de coefficient obtenu en considérant la masse ?

Oui, la valeur du coefficient de frottement cinétique avec ou sans prise en compte de la masse est la même.

Le frottement étant une quantité indépendante de la masse absolue du système, la masse n'affecte pas la valeur du frottement impliqué dans le processus. Par conséquent, le coefficient de frottement cinétique reste inchangé avec ou sans prise en compte de la masse de l'objet.

La nature du matériau influence-t-elle le coefficient de frottement cinétique ?

Le coefficient de friction cinétique est une valeur numérique qui met en évidence la présence d'une force de friction entre les objets.

Le frottement étant influencé par la nature du matériau, il est tellement évident que son coefficient est également largement influencé par la nature du matériau.

Que faut-il pour trouver le coefficient de frottement cinétique d'un objet en mouvement ?

Sans le coefficient de friction cinétique, il est assez difficile de mesurer la force qui fait que l'objet entrave son mouvement.

Voir aussi Les procaryotes ont-ils des histones : pourquoi, comment et informations détaillées

Le frottement est toujours proportionnel à la réaction perpendiculaire normale entre les surfaces. Cette relation de proportionnalité est spécifiée par la quantité sans dimension appelée coefficient. Le coefficient de friction cinétique mesure la valeur absolue de la force de friction qui arrête l'objet en mouvement.

La valeur du coefficient de frottement cinétique peut-elle être supérieure à 1 ?

Généralement, la valeur du coefficient de frottement cinétique varie de 0 à 1. Parfois il donne une valeur de coefficient supérieure à 1.

Si l'influence de la force de friction est plus forte que la réaction perpendiculaire entre les deux surfaces mobiles, la valeur du coefficient de friction cinétique présente une valeur supérieure à 1. La force de friction maximale oblige l'objet à restreindre son mouvement de sorte que automatiquement le coefficient de friction cinétique augmente proportionnellement.

Un coefficient de friction cinétique plus élevé entraîne-t-il une dissipation d'énergie ?

La dissipation d'énergie due au frottement peut être décrite en termes de loi de conservation de l'énergie.

Un coefficient de friction cinétique plus élevé signifie que la force de friction est plus forte que la force appliquée. La tâche difficile est de maintenir le corps en mouvement en présence de friction. Il faut donc beaucoup de force pour maintenir le corps en mouvement. La force maximale exercée pour maintenir le corps en mouvement provoque la énergie cinétique dissipation libérée sous forme de chaleur.

Quel est le coefficient de frottement ?

R : Le coefficient de frottement est une quantité sans dimension qui représente le rapport entre la force de frottement entre deux objets et la force qui les presse l'un contre l'autre.

Comment puis-je calculer le coefficient de frottement ?

R : Le coefficient de frottement peut être calculé en divisant la force de frottement par la force normale agissant sur l'objet.

Quelle est la différence entre le frottement cinétique et statique ?

R : Le frottement cinétique se produit lorsque deux objets sont en mouvement relatif, tandis que le frottement statique se produit lorsqu'il n'y a pas de mouvement relatif entre les deux objets, c'est-à-dire que les objets sont au repos.

Quelle est la formule du coefficient de frottement cinétique ?

R : La formule du coefficient de frottement cinétique est μk = Fk/N, où μk est le coefficient de frottement cinétique, Fk est la force de frottement cinétique et N est la force normale.

Comment puis-je trouver le coefficient de frottement cinétique d’un objet en mouvement sur une surface plane ?

R : Pour trouver le coefficient de frottement cinétique d'un objet en mouvement sur une surface plane, vous pouvez utiliser l'équation μk = tan(θ), où θ est l'angle entre la force de frottement cinétique et la force perpendiculaire à la surface.

Quelle est l’équation pour calculer la force de frottement cinétique ?

R : L'équation pour calculer la force de frottement cinétique est Fk = μkN, où Fk est la force de frottement cinétique, μk est le coefficient de frottement cinétique et N est la force normale.

Comment puis-je trouver le coefficient de frottement statique ?

R : Le coefficient de frottement statique peut être trouvé en divisant la force maximale de frottement statique par la force normale.

Quelle est la relation entre les coefficients de frottement statique et cinétique ?

R : Le coefficient de frottement statique est généralement supérieur au coefficient de frottement cinétique pour une paire de surfaces donnée.

Comment puis-je résoudre un problème de frottement en utilisant le coefficient de frottement ?

R : Pour résoudre un problème de frottement à l'aide du coefficient de frottement, vous pouvez définir des équations basées sur l'équation de frottement et d'autres équations pertinentes, et résoudre les variables inconnues à l'aide de méthodes algébriques.

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Keerthi Murthi

Je m'appelle Keerthi K Murthy, j'ai obtenu un diplôme universitaire en physique, avec une spécialisation dans le domaine de la physique du solide. J'ai toujours considéré la physique comme une matière fondamentale liée à notre vie quotidienne. Étant étudiant en sciences, j'aime explorer de nouvelles choses en physique. En tant qu'écrivain, mon objectif est d'atteindre les lecteurs de manière simplifiée à travers mes articles.