การสัมผัสระหว่างสองร่างส่งผลให้เกิดแรงเสียดทาน ในกรณีนี้ ไม่สำคัญว่าวัตถุจะอยู่ในสภาพรวมเท่าใด ไม่ว่าวัตถุจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กันหรืออยู่นิ่งก็ตาม ในบทความนี้ เราจะพิจารณาสั้น ๆ ว่าประเภทของแรงเสียดทานที่มีอยู่ในธรรมชาติและเทคโนโลยีเป็นอย่างไร
แรงเสียดทานขณะพัก
สำหรับหลายๆ คน อาจเป็นความคิดแปลก ๆ ที่การเสียดสีกันของร่างกายนั้นมีอยู่แม้ในขณะที่อยู่นิ่งและสัมพันธ์กัน นอกจากนี้ แรงเสียดทานนี้เป็นแรงที่ใหญ่ที่สุดเมื่อเทียบกับประเภทอื่นๆ ปรากฏขึ้นเมื่อเราพยายามขยับวัตถุใดๆ อาจเป็นท่อนไม้ หิน หรือแม้แต่วงล้อ
เหตุผลของการมีอยู่ของแรงเสียดทานสถิตคือการปรากฏตัวของสิ่งผิดปกติบนพื้นผิวสัมผัสซึ่งโต้ตอบกันทางกลไกตามหลักการรางสูงสุด
แรงเสียดทานสถิตคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้:
Ft1=µtN
ที่นี่ N คือปฏิกิริยาของการรองรับที่พื้นผิวทำหน้าที่ในร่างกายตามปกติ พารามิเตอร์ µt คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ขึ้นอยู่กับวัสดุของพื้นผิวสัมผัส คุณภาพของการแปรรูปพื้นผิว อุณหภูมิ และปัจจัยอื่นๆ
สูตรที่เขียนแสดงว่าแรงเสียดทานสถิตไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัส นิพจน์สำหรับ Ft1 ให้คุณคำนวณแรงสูงสุดที่เรียกว่า ในหลายกรณีในทางปฏิบัติ Ft1 ไม่ใช่ค่าสูงสุด แรงภายนอกที่พยายามทำให้ร่างกายได้พักผ่อนจะมีขนาดเท่ากัน
การพักผ่อนมีบทบาทสำคัญในชีวิต ด้วยเหตุนี้ เราจึงสามารถเคลื่อนที่บนพื้นโดยใช้ฝ่าเท้าผลักออกจากพื้นได้โดยไม่ลื่นไถล ร่างกายใดๆ ที่อยู่บนเครื่องบินที่เอียงไปยังขอบฟ้าจะไม่หลุดออกจากพวกเขาเนื่องจากแรง Ft1.
แรงเสียดทานระหว่างเลื่อน
การเสียดสีที่สำคัญอีกรูปแบบหนึ่งสำหรับบุคคลหนึ่งปรากฏขึ้นเมื่อร่างหนึ่งเลื่อนบนพื้นผิวของอีกคนหนึ่ง แรงเสียดทานนี้เกิดขึ้นด้วยเหตุผลทางกายภาพเช่นเดียวกับแรงเสียดทานสถิต ยิ่งไปกว่านั้น กำลังของเขาคำนวณโดยใช้สูตรที่คล้ายกัน
Ft2=µkN
ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวกับสูตรก่อนหน้านี้คือการใช้สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานการเลื่อนที่ต่างกัน µk ค่าสัมประสิทธิ์ µk จะน้อยกว่าพารามิเตอร์ที่คล้ายกันเสมอสำหรับแรงเสียดทานสถิตสำหรับพื้นผิวถูคู่เดียวกัน ในทางปฏิบัติ ข้อเท็จจริงนี้แสดงให้เห็นดังนี้: แรงภายนอกที่เพิ่มขึ้นทีละน้อยนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของค่า Ft1 จนกว่าจะถึงค่าสูงสุด หลังจากนั้นเธอลดลงอย่างรวดเร็วหลายสิบเปอร์เซ็นต์ของมูลค่า Ft2 และคงที่ในระหว่างการเคลื่อนไหวของร่างกาย
สัมประสิทธิ์ µk ขึ้นอยู่กับปัจจัยเดียวกันกับพารามิเตอร์ µt สำหรับแรงเสียดทานสถิต แรงเสียดทานจากการเลื่อน Ft2 แทบไม่ขึ้นกับความเร็วของการเคลื่อนไหวของร่างกาย เฉพาะความเร็วสูงเท่านั้นที่จะลดลงอย่างเห็นได้ชัด
ความสำคัญของการเลื่อนเสียดสีกับชีวิตมนุษย์สามารถเห็นได้ในตัวอย่าง เช่น การเล่นสกีหรือสเก็ต ในกรณีเหล่านี้ ค่าสัมประสิทธิ์ µk จะลดลงโดยการปรับเปลี่ยนพื้นผิวการถู ในทางตรงกันข้าม การโรยเกลือและทรายบนถนนมีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์ µk และ µt
ความฝืดของการหมุน
นี่คือแรงเสียดทานที่สำคัญประเภทหนึ่งสำหรับการทำงานของเทคโนโลยีสมัยใหม่ มีอยู่ในระหว่างการหมุนของตลับลูกปืนและการเคลื่อนที่ของล้อรถ แรงเสียดทานจากการกลิ้งเกิดจากการเสียรูปของล้อระหว่างการเคลื่อนที่ต่างจากแรงเสียดทานการเลื่อนและที่พัก การเสียรูปที่เกิดขึ้นในบริเวณยืดหยุ่นนี้จะสลายพลังงานอันเป็นผลมาจากฮิสเทรีซิส โดยแสดงออกเป็นแรงเสียดทานระหว่างการเคลื่อนไหว
คำนวณแรงเสียดทานสูงสุดของการกลิ้งตามสูตร:
Ft3=d/RN
นั่นคือกำลัง Ft3 ในขณะที่กำลัง Ft1 และ Ft2 คือ สัดส่วนโดยตรงกับปฏิกิริยาของตัวรองรับ อย่างไรก็ตาม ยังขึ้นอยู่กับความแข็งของวัสดุที่สัมผัสและรัศมีวงล้อ R ค่าd เรียกว่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานการหมุน ไม่เหมือนกับสัมประสิทธิ์ µk และ µt d มีมิติของความยาว
ตามกฎแล้ว อัตราส่วนไร้มิติ d/R จะกลายเป็น 1-2 คำสั่งของขนาดที่น้อยกว่าค่า µk ซึ่งหมายความว่าการเคลื่อนไหวของร่างกายด้วยความช่วยเหลือของการกลิ้งนั้นมีความกระฉับกระเฉงมากกว่าการใช้การเลื่อน นั่นคือเหตุผลที่ใช้แรงเสียดทานกลิ้งในทุกพื้นผิวของกลไกและเครื่องจักร
มุมเสียดทาน
การเสียดสีทั้งสามประเภทที่อธิบายข้างต้นนั้นมีลักษณะเฉพาะโดยแรงเสียดทานบางอย่าง Ft ซึ่งแปรผันตรงกับ N แรงทั้งสองถูกชี้ไปที่มุมฉากสัมพันธ์กัน. มุมที่ผลรวมเวกเตอร์ของพวกมันก่อตัวด้วยความปกติกับพื้นผิวเรียกว่ามุมของแรงเสียดทาน เพื่อให้เข้าใจถึงความสำคัญ ลองใช้คำจำกัดความนี้แล้วเขียนในรูปแบบทางคณิตศาสตร์ จะได้
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
ดังนั้น แทนเจนต์ของมุมเสียดทาน θ เท่ากับสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน k สำหรับแรงประเภทใดประเภทหนึ่ง ซึ่งหมายความว่ายิ่งมุม θ ใหญ่เท่าใด แรงเสียดทานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
แรงเสียดทานในของเหลวและก๊าซ
เมื่อวัตถุแข็งเคลื่อนที่ในตัวกลางที่เป็นก๊าซหรือของเหลว มันจะชนกับอนุภาคของตัวกลางนี้อย่างต่อเนื่อง การชนเหล่านี้พร้อมกับการสูญเสียความเร็วของร่างกายที่แข็งกระด้างเป็นสาเหตุของการเสียดสีในสารของเหลว
การเสียดสีประเภทนี้ขึ้นอยู่กับความเร็วเป็นอย่างมาก ดังนั้น ที่ความเร็วค่อนข้างต่ำ แรงเสียดทานกลายเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วของการเคลื่อนไหว v ในขณะที่ในความเร็วสูง เรากำลังพูดถึงสัดส่วน v2.
แรงเสียดทานนี้มีตัวอย่างมากมาย ตั้งแต่การเคลื่อนที่ของเรือและเรือไปจนถึงการบินของเครื่องบิน
