Il lavoro compiuto dall'attrito comprende lo spostamento del corpo in movimento opposto alla direzione della forza di attrito.
La forza applicata al corpo fa lo spostamento nella sua direzione. La terza legge del moto di Newton impiega una forza di attrito contro il moto del corpo come forza di reazione. Quindi, lo spostamento del corpo opposto alla forza di attrito è chiamato il lavoro compiuto per attrito.
La forza di attrito è la forza di contatto opposta esercitata dalla superficie per opporsi al movimento quando due corpi scorrono l'uno sull'altro. È un forza non conservativa che le offerte il lavoro svolto da una forza in base al percorso lungo il quale agisce la forza. A seconda del percorso scelto, possiamo trovare il diverso lavoro svolto per attrito.
Supponiamo di spingere il tavolo attraverso la stanza per cambiarne la posizione. La superficie sottostante prima resiste al tavolo con una forza di attrito poiché contrasta esattamente la nostra forza di spinta applicata. Quando impieghiamo più forza di spinta che supera la forza di attrito, il tavolo inizia a muoversi. La forza massima alla quale il corpo inizia a muoversi e poi si ferma è determinata da – il coefficienti di attrito statici e cinetici rispettivamente del corpo.
Quando due corpi sono in quiete, l'attrito tra le loro superfici si chiama 'Frizione statica'. Considerando che, quando due corpi si muovono relativamente, l'attrito tra le loro superfici è 'attrito cinetico', chiamato anche "attrito radente'. Per definizione, lo spostamento dovuto all'attrito statico è nullo. quindi, il il lavoro è fatto solo per attrito radente.
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Per saperne di più circa l' Attrito scorrevole.
Il lavoro svolto dipende dal tipo di conversione energetica dei corpi quando viene applicata una forza. Ciò significa che, quando applichiamo una forza sul corpo a riposo, avviene la conversione del potenziale in energia cinetica, che accelera il corpo per muoversi nella direzione della forza applicata. Allo stesso modo, quando la superficie esercita attrito radente sul corpo in movimento, la sua energia cinetica viene nuovamente convertita in energia potenziale, che ne rallenta il moto.
L'attrito converte il suo lavoro in energia termica poiché sentiamo del calore sulla superficie quando i corpi scivolano. Quando il corpo in movimento si ferma sulla superficie orizzontale, la sua energia cinetica diventa zero. Questo significa l'attrito sul corpo dissipa la sua energia cinetica, che è stimata come la quantità di lavoro svolto dall'attrito.
Per saperne di più circa l' Lavoro svolto e sue unità.
Come calcolare il lavoro svolto dall'attrito?
Possiamo determinare il lavoro svolto dall'attrito attraverso l'analisi dettagliata della forza di attrito.
Per calcolare il lavoro svolto, in primo luogo, dobbiamo determinare la forza non conservativa dalla superficie, la lunghezza totale del percorso sulla superficie o spostamento e, cosa più importante, l'angolo tra la forza di attrito e lo spostamento.
È fondamentale identificare la forza, se è conservatrice o non conservatrice. È così che capiremo che la forza cambierà il corpo energia meccanica totale (cinetica + potenziale) quando fa qualsiasi lavoro. Poiché la forza di attrito agisce in modo opposto al corpo in movimento, è una forza non conservativa che modifica l'energia meccanica totale, coinvolge cinetica all'energia potenziale conversione per resistere al movimento.
Quando una forza netta agisce sul corpo, cambia l'energia cinetica.
Teorema lavoro-energia dice che il lavoro compiuto sul corpo da una forza netta è uguale alla differenza tra la loro energia cinetica.
Se il corpo ha guadagnato energia, il suo lavoro svolto è positivo. Se il corpo perde energia, il suo lavoro svolto è negativo..
La forza di attrito è l'unica forza netta che agisce su una superficie orizzontale uguale a coefficiente di cinetica attrito μk e forza normale N.
Mentre il forza normale perpendicolare alla superficie orizzontale è mgcosθ.
Pertanto, la forza di attrito è,
FFric =μkmg…………. (*)
Lavoro svolto dalla formula di attrito
Il lavoro svolto dalla formula di attrito si ottiene utilizzando le forze nette e anche un teorema lavoro-energia.
La forza normale e la forza gravitazionale, che agiscono perpendicolarmente, si annullano in quanto opposte. Pertanto, la forza di attrito orizzontale FFric è l'unica forza netta che agisce sul corpo per portare a termine il lavoro.
Calcoliamo il lavoro netto svolto dalla forza di attrito sulla scatola in movimento di a spostamento d lungo un orizzontale sentiero.
WFric =FVen dcosθ
Sostituendo l'equazione della forza di attrito (*), si ottiene
WFric =μkmg.dcosθ
Poiché esiste attrito radente, l'angolo tra spostamento e attrito radente è di 180°; che dà cosθ = cos180° = -1.
WFric = – µkmg.d
Quanto sopra è l'equazione di lavoro svolto per attrito.
Per saperne di più, leggi Accelerazione superficiale senza attrito.
Il lavoro svolto dall'attrito è sempre negativo?
Il lavoro svolto dall'attrito è tipicamente negativo a causa di il 180° angolo tra attrito e spostamento.
Quando applichiamo forza lungo la superficie ruvida, l'attrito viene impiegato nella direzione opposta alla forza applicata. Quindi, l'angolo tra attrito e spostamento diventa 180° che diminuisce l'energia cinetica; e dà lavoro negativo compiuto dalla forza di attrito.
Per saperne di più, leggi Potenziale di conversione dell'energia cinetica.
Lavoro svolto per attrito in puro rotolamento
Il lavoro compiuto dall'attrito senza scorrimento è nullo nel rotolamento puro.
Quando un corpo è in puro rotolamento con un altro corpo, la forza statica si esercita perpendicolarmente alla superficie orizzontale. Il corpo volvente non subisce la conversione di energia in quanto la forza statica non può compiere il suo spostamento. Quindi, l'attrito statico nel rotolamento puro non fa alcun lavoro.
La forza di attrito è autoregolante. Mantiene la sua direzione secondo la direzione della forza applicata per resistere al movimento. Nel rotolamento puro, la parte inferiore del corpo entra in contatto con il suolo per un breve periodo, elevando il corpo perpendicolarmente alla direzione della forza di attrito. cioè, attrito statico.
Mezzi di rotolamento puro meno traduzione e più rotolamento. L'attrito statico fa il lavoro negativo svolto nel moto di traslazione - che rallenta la traslazione, e ugualmente il lavoro positivo svolto nel moto di rotazione - che significa accelerare la rotazione. Ecco perché il lavoro netto svolto dall'attrito statico è nullo nel rotolamento puro Pertanto, per fare qualsiasi lavoro, il corpo ha bisogno di rotolare con scorrevole.
Per saperne di più, leggi Attrito volvente.
Il lavoro svolto dall'attrito è positivo o negativo?
Il lavoro svolto dall'attrito è solo positivo, negativo a seconda della scelta del sistema di riferimento.
Poiché la forza applicata e lo spostamento del corpo sono nella stessa direzione; aumenta il suo energia. Quindi il lavoro svolto è positivo. Ma l'attrito cinetico e lo spostamento del corpo sono nella direzione opposta; diminuisce la sua energia. Quindi il lavoro svolto è negativo.
Se il corpo sta scivolando, la forza di attrito che agisce sul corpo sarebbe attrito radente e l'angolo tra l'attrito cinetico e lo spostamento è di 180°, il che dà origine al lavoro negativo svolto.
Il lavoro svolto dall'attrito può apparire positivo se cambiamo un sistema di riferimento poiché l'attrito cinetico può apparire nella direzione del movimento del corpo. Diciamo che una scatola pesante viene messa su un tappeto e viene raccolta all'improvviso. Anche la scatola scivola dietro ma viaggia in avanti relativamente con un quadro di riferimento. In tal caso, il lavoro compiuto per attrito è positivo.
Per saperne di più, leggi Moto relativo.
Come trovare il lavoro svolto per attrito senza coefficiente?
Il lavoro compiuto dall'attrito senza coefficiente si ottiene conducendo un esperimento sul piano inclinato.
Impostiamo prima una rampa inclinata e regoliamo il suo angolo di inclinazione. Maggiore è l'angolo inclinato, maggiore è la forza applicata che spinge l'oggetto sulla rampa verso il basso. Quando aumentiamo la forza applicata rispetto alla forza di attrito, possiamo trovare la forza di attrito massima e misurare lo spostamento dell'oggetto e il lavoro svolto dall'attrito senza conoscerne il coefficiente.
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Possiamo realizzare una rampa inclinata utilizzando una serie di libri e compensato di legno. Quindi impostiamo il suo angolo inclinato impilando una serie di libri per portarlo alla sua altezza massima. Mettiamo la macchinina inclinata sulla rampa inclinata e diamo una leggera spinta. Contro la nostra forza di spinta, la forza di attrito dalla superficie della rampa impedisce all'auto di scivolare lungo la rampa.
Ma se aumentiamo la spinta, l'auto riesce a far scivolare via la forza di attrito dalla rampa. Possiamo calcolare il lavoro compiuto per attrito senza coefficiente misurando le forze nette sulla scatola e il suo spostamento.
Leggi di più su an Piano inclinato.
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