แรงเสียดทานคือแรงที่ต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุ ในการหยุดวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ แรงต้องกระทำในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของการเคลื่อนที่ ตัวอย่างเช่น ถ้าคุณผลักลูกบอลที่วางอยู่บนพื้น ลูกจะเคลื่อนที่ แรงผลักย้ายไปยังที่อื่น ลูกบอลจะค่อยๆช้าลงและหยุดเคลื่อนที่ แรงที่ต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุเรียกว่าแรงเสียดทาน ในธรรมชาติและในเทคโนโลยี มีตัวอย่างมากมายของการใช้พลังนี้
ประเภทของความฝืด
แรงเสียดทานมีหลายประเภท:
ใบสเก็ตที่เคลื่อนผ่านน้ำแข็งเป็นตัวอย่างของการลื่นไถล ขณะที่นักเล่นสเก็ตเคลื่อนที่ไปรอบๆ ลานสเก็ต ด้านล่างของรองเท้าสเก็ตจะแตะพื้น แหล่งที่มาของแรงเสียดทานคือการสัมผัสระหว่างผิวใบมีดกับน้ำแข็ง น้ำหนักของวัตถุและประเภทของพื้นผิวที่วัตถุเคลื่อนที่จะเป็นตัวกำหนดปริมาณการลื่น (แรงเสียดทาน) ระหว่างวัตถุสองชิ้น วัตถุที่มีน้ำหนักมากจะออกแรงกดบนพื้นผิวที่เลื่อนไปมามากกว่า ดังนั้นจะมีแรงเสียดทานจากการเลื่อนมากขึ้น เนื่องจากแรงเสียดทานเกิดจากแรงดึงดูดระหว่างพื้นผิวของวัตถุ ปริมาณแรงเสียดทานจึงขึ้นอยู่กับวัสดุของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กันทั้งสอง ลองเล่นสเก็ตในทะเลสาบที่ราบเรียบแล้วคุณจะพบว่ามันง่ายกว่าการเล่นสเก็ตบนถนนลูกรัง
- พักการเสียดสี (cohesion) - แรงที่เกิดขึ้นระหว่าง 2 วัตถุที่สัมผัสกันและป้องกันไม่ให้เกิดการเคลื่อนไหว ตัวอย่างเช่น เมื่อต้องการย้ายตู้เสื้อผ้า ตอกตะปูหรือผูกเชือกรองเท้า คุณต้องเอาชนะแรงยึดเกาะ มีตัวอย่างความขัดแย้งในธรรมชาติและเทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกันมากมาย
- เมื่อคุณขี่จักรยาน การสัมผัสระหว่างล้อกับถนนเป็นตัวอย่างของการเสียดสี เมื่อวัตถุกลิ้งบนพื้นผิว แรงที่ต้องใช้ในการเอาชนะแรงเสียดทานของการหมุนจะน้อยกว่าแรงที่ต้องใช้ในการเอาชนะการเลื่อน
แรงเสียดทานจลนศาสตร์
เมื่อคุณผลักหนังสือลงบนโต๊ะแล้วเลื่อนไปในระยะห่างที่กำหนด ก็พบว่ามีการเสียดสีกับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ แรงนี้เรียกว่าแรงเสียดทานจลนศาสตร์ มันทำงานบนพื้นผิวด้านหนึ่งของอีกพื้นผิวหนึ่งเมื่อพื้นผิวสองพื้นผิวถูกันเนื่องจากพื้นผิวหนึ่งหรือทั้งสองพื้นผิวกำลังเคลื่อนที่ หากคุณวางหนังสือเล่มแรกเพิ่มบนหนังสือเล่มแรกเพื่อเพิ่มแรงตั้งฉาก แรงเสียดทานจลน์จะเป็นเพิ่มขึ้น
มีสูตรดังต่อไปนี้: Ffriction=ΜFn.แรงเสียดทานจลน์เท่ากับผลคูณของสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์และแรงตั้งฉาก มีความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงระหว่างแรงทั้งสองนี้ สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลนศาสตร์สัมพันธ์กับแรงเสียดทานกับแรงตั้งฉาก เนื่องจากเป็นแรง หน่วยวัดจึงเป็นนิวตัน
แรงเสียดทานสถิต
ลองนึกภาพคุณกำลังพยายามผลักโซฟาลงบนพื้น คุณกดมันด้วยแรงเล็กน้อย แต่มันไม่ขยับ แรงเสียดทานสถิตตอบสนองต่อแรงในความพยายามที่จะทำให้เกิดการเคลื่อนไหวของวัตถุนิ่ง หากไม่มีแรงดังกล่าวบนวัตถุ แรงเสียดทานสถิตจะเป็นศูนย์ หากมีแรงพยายามทำให้เกิดการเคลื่อนไหว แรงที่สองจะเพิ่มขึ้นเป็นค่าสูงสุดก่อนที่จะเอาชนะ และการเคลื่อนไหวจะเริ่มขึ้น
สูตรสำหรับมุมมองนี้: Ffriction=ΜsFn. แรงเสียดทานสถิตน้อยกว่าหรือเท่ากับผลคูณของสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต Μ (s) และแรงตั้งฉาก F (n) ในตัวอย่างโซฟา แรงเสียดทานสถิตสูงสุดสมดุลแรงของผู้ผลักจนกระทั่งโซฟาเริ่มขยับ
การวัดสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน
อะไรกำหนดแรงเสียดทาน? ในธรรมชาติและเทคโนโลยี วัสดุที่ใช้ทำพื้นผิวมีบทบาทบางอย่าง ตัวอย่างเช่น ลองนึกภาพว่าพยายามเล่นบาสเก็ตบอลขณะสวมถุงเท้าแทนรองเท้ากีฬา มันอาจทำให้โอกาสในการชนะของคุณแย่ลงอย่างมาก รองเท้าช่วยส่งกำลังที่จำเป็นในการเบรกและเปลี่ยนทิศทางได้อย่างรวดเร็วขณะวิ่งบนพื้นผิว รองเท้าและสนามบาสเก็ตบอลมีการเสียดสีมากกว่าถุงเท้ากับพื้นไม้ขัดเงา
สัมประสิทธิ์ต่างๆ แสดงว่าวัตถุหนึ่งสามารถเลื่อนทับวัตถุอื่นได้ง่ายเพียงใด การวัดที่แน่นอนของพวกมันค่อนข้างไวต่อสภาพพื้นผิวและถูกกำหนดโดยการทดลอง พื้นผิวเปียกมีพฤติกรรมแตกต่างจากพื้นผิวแห้งมาก
ฟิสิกส์: แรงเสียดทานในธรรมชาติและเทคโนโลยี
คุณเจอเรื่องเสียดสีตลอดเวลาและคุณควรจะดีใจที่มันเป็นไปได้ เป็นแรงที่ช่วยให้วัตถุอยู่กับที่และบุคคลไม่ล้มเมื่อเดิน แรงเสียดทานคืออะไร? ในธรรมชาติและเทคโนโลยี มีตัวอย่างให้เห็นในทุกขั้นตอน คุณอาจไม่ทราบ แต่คุณคุ้นเคยกับพลังนี้แล้ว มันเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามของการเคลื่อนไหวและด้วยเหตุนี้มันเป็นแรงที่ส่งผลต่อการเคลื่อนไหวของวัตถุ
เมื่อคุณย้ายกล่องข้ามพื้น แรงเสียดทานจะทำงานกับกล่องในทิศทางตรงกันข้ามกับกล่อง ในขณะที่คุณเดินลงจากภูเขา การเสียดสีกับการเคลื่อนไหวลงของคุณ เมื่อคุณเหยียบเบรกในรถและเคลื่อนที่ต่อไปครู่หนึ่ง แรงเสียดทานจะขัดกับทิศทางการเลื่อนของคุณ ซึ่งจะช่วยหยุดการลื่นไถลได้อย่างสมบูรณ์ในที่สุด
เมื่อวัตถุสองชิ้น "ถู" เข้าหากัน กำลังจะถูกตั้งค่าแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของวัตถุทำให้เกิดการเสียดสี ในธรรมชาติและเทคโนโลยี สสารสามารถเกิดขึ้นได้ในแทบทุกระยะ ไม่ว่าจะเป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ การเสียดสีเกิดขึ้นระหว่างวัตถุสองชิ้น เช่น กล่องกับพื้น แต่ยังสามารถเกิดขึ้นระหว่างปลากับน้ำที่พวกมันว่าย และวัตถุที่ตกลงมาในอากาศ แรงเสียดทานเนื่องจากอากาศมีชื่อพิเศษ: แรงต้านอากาศ
บทบาทของความเสียดทานในธรรมชาติ เทคโนโลยี ชีวิต
แรงเสียดทานเป็นส่วนสำคัญของประสบการณ์ของมนุษย์ เราต้องการแรงฉุดเพื่อเดิน ยืน ทำงาน และขี่ ในขณะเดียวกัน เราต้องการพลังงานเพื่อเอาชนะการต้านทานการเคลื่อนไหว ดังนั้นการเสียดสีมากเกินไปจึงต้องใช้พลังงานส่วนเกินในการทำงาน ส่งผลให้ไม่มีประสิทธิภาพ ในศตวรรษที่ 21 มนุษยชาติกำลังเผชิญกับความท้าทายสองประการของการขาดแคลนพลังงานและภาวะโลกร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล ดังนั้น ความสามารถในการควบคุมแรงเสียดทานจึงกลายเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรกในโลกปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม หลายคนยังขาดความเข้าใจเกี่ยวกับธรรมชาติพื้นฐานของแรงเสียดทาน
แรงเสียดทานในธรรมชาติและเทคโนโลยี (ฟิสิกส์) เป็นเรื่องของความอยากรู้มาโดยตลอด การศึกษาต้นกำเนิดของพลังนี้อย่างเข้มข้นเริ่มขึ้นในศตวรรษที่ 16 หลังจากงานบุกเบิกของเลโอนาร์โดดาวินชี อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าในการทำความเข้าใจธรรมชาติของมันนั้นช้า เนื่องจากขาดเครื่องมือสำหรับการวัดที่แม่นยำ การทดลองอันชาญฉลาดที่ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์คูลอมบ์และคนอื่นๆ ได้ให้ข้อมูลที่สำคัญเพื่อวางรากฐานสำหรับความเข้าใจ เริ่มในช่วงปลายปี ค.ศ. 1800 และต้นยุคเครื่องยนต์ไอน้ำ ตู้รถไฟ และเครื่องบินก็ปรากฏขึ้นในปี 1900 นอกจากนี้ การสำรวจอวกาศยังต้องการความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับแรงเสียดทานและความสามารถในการควบคุม
ความก้าวหน้าที่สำคัญในการใช้และควบคุมการเสียดสีในเทคโนโลยีธรรมชาติในชีวิตประจำวันเกิดขึ้นจากการลองผิดลองถูก ในตอนต้นของศตวรรษที่ 21 มิติใหม่ของแรงเสียดทานระดับนาโนเกิดขึ้นจากการใช้เทคโนโลยีนาโน ความเข้าใจของมนุษย์เกี่ยวกับความเสียดทานของอะตอมและโมเลกุลกำลังขยายตัวอย่างรวดเร็ว ในปัจจุบัน ประสิทธิภาพในการใช้พลังงานและการผลิตพลังงานหมุนเวียนจำเป็นต้องได้รับความสนใจในทันที เนื่องจากวิทยาศาสตร์มุ่งมั่นที่จะลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ความสามารถในการควบคุมแรงเสียดทานกลายเป็นขั้นตอนสำคัญในการค้นหาเทคโนโลยีที่ยั่งยืน นั่นคือตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน หากสามารถลดการสูญเสียพลังงานโดยไม่จำเป็นและเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานในปัจจุบันได้ ก็จะให้เวลาในการพัฒนาแหล่งพลังงานทางเลือก
ตัวอย่างความฝืดในชีวิต
แรงเสียดทานคือแรงต้าน มันขัดขวางการเคลื่อนที่ของวัตถุอื่นโดยใช้แรงบางอย่าง แต่พลังนี้มาจากไหน? อันดับแรก ควรเริ่มพิจารณาจากระดับโมเลกุล ความเสียดทานที่เราเห็นในชีวิตประจำวันอาจเกิดจากความขรุขระของพื้นผิว นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เชื่อมาช้านานว่าเป็นสาเหตุหลักของการปรากฏตัว
ตัวอย่างง่ายๆ ของการเสียดสีในธรรมชาติและเทคโนโลยีมีดังต่อไปนี้
- เวลาเดินแรงเสียดทานนั้นส่งผลกระทบต่อแต่เพียงผู้เดียวทำให้เรามีโอกาสที่จะก้าวไปข้างหน้า
- บันไดพิงกำแพงไม่ตกพื้น
- คนกำลังผูกเชือกรองเท้า
- หากไม่มีแรงเสียดทาน รถยนต์จะไม่สามารถขับได้ไม่เพียงแต่ขึ้นเนิน แต่ยังบนถนนเรียบด้วย
- ในธรรมชาติช่วยให้สัตว์ปีนต้นไม้
มีหลายประเด็น และยังมีกรณีที่แรงนี้ขัดจังหวะได้ ตัวอย่างเช่น เพื่อลดการเสียดสี ปลาจะได้รับสารหล่อลื่นพิเศษ ต้องขอบคุณรูปร่างที่เพรียวบางทำให้พวกมันเคลื่อนไหวได้อย่างราบรื่นในน้ำ
