Wrijvingskracht berekenen

Er bestaan verschillende soorten wrijving. Zo heb je rol- en schuifwrijving, maar ook luchtwrijving. Over luchtwrijving (of: luchtweerstand) heb ik eerder al een artikel geschreven. Dit artikel gaat over rol- en schuif wrijvingskracht berekenen.

Schuifwrijving

Als mensen het hebben over wrijvingskracht berekenen, hebben ze het meestal over schuifwrijving. Bij het berekenen van de schuifwrijvingskracht bereken je de kracht die je nodig hebt om een voorwerp over een oppervlak te verschuiven. Dat betekent dat het object niet beweegt (schuift) totdat die kracht bereikt is. Hierbij zijn drie factoren van belang:

1. De normaalkracht op het voorwerp;
2. Het materiaal van het voorwerp;
3. Het materiaal van de  ondergrond.

Het materiaal van het voorwerp en van de ondergrond wordt verwerkt tot een wrijvingscoëfficiënt die in de meeste gevallen gewoon op te zoeken is. Een lage wrijvingscoëfficiënt betekent doorgaans dat een oppervlak glad is. Een hoge wrijvingscoëfficiënt betekent dat een oppervlak meer weerstand geeft tegen schuifkrachten.

De formule van schuifwrijving

Met onderstaande formule kun je schuif wrijvingskracht berekenen:

F_w = Wrijvingskracht [N]

µ = Wrijvingscoëfficiënt [zonder eenheid]

F_n = Normaalkracht [N]

Je ziet dat de wrijvingskracht direct afhangt van de normaalkracht en de wrijvingscoëfficiënt. De normaalkracht is de kracht loodrecht op het schuifoppervlak. Vaak wordt de normaalkracht veroorzaakt door het eigen gewicht van het te verschuiven voorwerp. De formule vertelt het volgende:

• Bij eenzelfde normaalkracht (gewicht) is de wrijvingskracht lager bij materialen met een lage wrijvingscoëfficiënt. Voorbeeld: Op ijs (lage coëfficiënt) glijd je makkelijker weg dan op asfalt (hoge coëfficiënt).
• Bij eenzelfde wrijvingscoëfficiënt is de wrijvingskracht lager bij voorwerpen met een lager gewicht. Voorbeeld: Een zware zeecontainer verschuiven over straat kost meer kracht dan een kleine dobbelsteen.

Let op: Als gevraagd wordt naar de benodigde kracht om een voorwerp te verschuiven (schuifkracht), is dat altijd een kracht tegenovergesteld aan de wrijvingskracht. De wrijvingskracht werkt de schuifkracht tegen. Als de schuifkracht groter is dan de wrijvingskracht, zal het voorwerp schuiven.

Statische- en dynamische wrijvingscoëfficiënten

Voor een juiste berekening dien je rekening te houden met twee soorten wrijvingscoëfficiënten: de statische en dynamische wrijvingscoëfficiënt. Bij de meeste contactoppervlakten is het zo dat de wrijvingscoëfficiënt omlaag gaat als het object verschuift. Zolang het object nog niet beweegt gebruik je de statische wrijvingscoëfficiënt. Op het moment dat het object begint de verschuiven zul je zien dat de benodigde kracht om het voorwerp te blijven verschuiven (= wrijvingskracht) omlaag gaat. Op dat moment gebruik je de dynamische wrijvingscoëfficiënt.

Tabel met wrijvingscoëfficiënten

In onderstaande tabel kun je een aantal wrijvingscoëfficiënten vinden. Let op, de genoemde waarden zijn een benadering. Oneffenheden in het materiaaloppervlak, verschillen in de materiaalsamenstelling, deeltjes tussen het schuifoppervlak en nog vele andere effecten kunnen de waarden verhogen of verlagen.

Rolwrijving

Voor rolwrijving geldt een andere theorie. Daarover is een artikel in de maak.