Kitkakerroin

• On taulukoitava kokeellinen lukuarvo, joka mittaa kahden tietyistä materiaaleista valmistetun pinnan välistä kitkaa eli pitovoimaa sivusuuntaista liikettä vastaan.
• Suuri kitkakerroin merkitsee hyvää pitoa ja pieni sellainen huonoa.
• Kitka on voima, joka on kosketusvuorovaikutuksesta kappaleelle aiheutuva voima
• Lepokitka pyrkii estämään kappaleen liikkeellelähdön
• Liukukitka pyrkii jartuttamaan kappaleen lepoon
• Usein suurin mahdollinen lepokitka on hieman suurempi kuin liukukitka.

Kitkakertoimen määrittäminen vetokokein

• Vedetään kitkakappaletta kitkapinnan suuntaisesti jousivaa'alla
  • Kunnes se liikahtaa - suurin lepokitka F(lepo)
  • Tasaista nopeutta - liukukitka F(liuku)
• Punnitaan kappale ja määritetään sen paino kaavalla G=mg
• Kitkakerroin lepokitkalle μ = F(lepo) / G 
• Kitkakerroin liukukitkalle μ = F(liuku) / G 

Kitkakertoimen määrittäminen kaltevan tason avulla

Näin voidaan määrittää helposti vain lepokitkakerroin.
Nyt kappaletta ei vedetä, joten liikkuttava voima on kappaleen oma paino
Kun taso on vaaka-suorassa, paino on kohtisuorassa, joten kappale ei liikahda edes liukkaalla pinnalla.
Kun tasoa kallistetaan, paino ja liukupinta ovat osittain samansuuntaisia.
Tutkitaan siis, kuinka suuri osuus painosta on siis kitkapinnan suuntainen.

Työvaiheet

• Asetetaan kitkakappale kallistettavan tason päälle
• Kallistetaan tasoa hitaasti kunnes kappale liikahtaa
• Mitataan tarkasti kallistuskulma α, jotta tilanne voidaan jäljentää vihkoon.
• Perustetaan koordinaatisto, jonka x-akseli on kaltevan tason suuntainen ja y sitä vastaan
• Piirrä paino riittävän pitkänä nuolena, jotta mittaustarkkuus vihkon sivulla ei kärsi liikaa
• Jaetaan voima x ja y -suuntaisiin vektorikomponentteihin ja mitataan niiden pituudet

Kuva: Kaltevalla tasolla olevan kappaleen paino on jaettu koordinaattiakselien suuntaisiin vektorikomponentteihinsa.

Ⓔ Mitataan viivottimella vektoreiden pituudet. Paino G, vektorin pituus 4,9 cm (7 ruutua, 7 mm per ruutu)
Tason suuntaisen vektorin Gx pituus on 2,5 cm. Kohtisuoran vektorin Gy pituus on 4,2 cm.

Nopea tarkistus pythagoraan avulla, onko kolmio todella suorakulmainen:
a²+b²=c²
(2,5 cm)² + (4,2 cm)² = (4,9 cm)²
23,89 cm² ≈ 24,01 cm² OK! Niin lähellä, kuin voidaan kohtuudella piirtää.

Kitkakertoimen kaava on nyt muotoa μ = G_x / G_y
Käytämme yhdenmuotoisuuden nojalla todellisten voimien tilalla piirtämiemme vektoreiden pituuksia seuraavasti:

Kitkakertoimen määrittäminen jarrutuskokeella

Jos tehdään kaikilla renkailla lukkojarrutus, voidaan arvioida liukukitkakerrointa.
Lukkiutumattomien jarrujen tapauksessa tulos saattaa olla lähempänä lepokitkakerrointa.
Epätarkkuus on kuitenkin hyvin suurta johtuen ilmanvastuksesta ja jarrutuksen hallinnasta.

• Idea: Autotesteissä mitataan usein jarrutusmatka ja jarrutusaika 100 km/h nopeudesta.
• 100 km/h on 100 : 3,6 m/s eli noin 27,78 m/s
• Putoamiskiihtyvyys on 9,81 m/s²
• Jos jarrutus vastaisi putoamiskiihtyvyyttä, pysähtyminen kestäisi noin 2,83 s.
• Tällaisen jarrutuksen jarrutusmatka on suurin piirtein 40 m.
• Silloin kitkakerroin on 1,0 ja näin aika tarkkaan onkin kumin ja asfaltin välillä.
• Tähän suhteuttaen voidaan selvittää kitkakerroin, kun lähtötietoja on riittävästi.
• Perustelu: putoamiskiihtyvyys määrää putoamisen lisäksi painon ja kitka johtuu painosta.

Työt

1. Valitse haluamasi kitkapinnat ja niitä edustavat kitkakappale ja alusta
2. Määritä kitkakerroin jousivaa'an avulla
3. Määritä lepokitkakerroin kaltevan tason avulla
4. Pohdi, millaisen koejärjestelyn tarvitset, että voisit määrittää liukukitkakertoimen niin, että kitkakappaleesi on liikkeessä.

Kitkakertoimien taulukkoarvoja

Alkuun