การเคลื่อนไหวใด ๆ ในธรรมชาติและเทคโนโลยีซึ่งเกี่ยวข้องกับการสัมผัสทางกายภาพระหว่างวัตถุแข็ง จะมาพร้อมกับแรงเสียดทาน ในบทความนี้เราจะยกตัวอย่างของแรงเสียดทานและแสดงให้เห็นว่าในกรณีใดที่มีบทบาทที่เป็นประโยชน์และไม่พึงปรารถนา
แรงเสียดทานระหว่างของแข็งคืออะไร
ในบทความนี้ เราจะพิจารณาเฉพาะตัวอย่างของแรงเสียดทานที่กระทำระหว่างวัตถุแข็งที่มีการสัมผัสกันทางกายภาพ
แรงเสียดทานประเภทหนึ่งที่สำคัญคือแรงเสียดทานสถิต ตามชื่อตัวเอง สามารถสันนิษฐานได้ว่ามันปรากฏตัวเมื่อร่างหนึ่งวางบนพื้นผิวของอีกร่างหนึ่ง ทุกคนรู้ดีว่าในการเคลื่อนย้ายวัตถุหนักบางชิ้นออกจากที่ของมัน จำเป็นต้องใช้แรงภายนอกที่พุ่งไปตามพื้นผิวสัมผัสของวัตถุนี้และพื้นผิวที่วัตถุตั้งอยู่ แรงนี้ถูกตอบโต้ด้วยแรงเสียดทานสถิต มันทำหน้าที่ระหว่างพื้นผิวสัมผัสของร่างกาย ความเสียดทานของส่วนที่เหลือเกิดจากการมีความหยาบบนพื้นผิวสัมผัสไม่ว่าจะอย่างไรมันไม่ราบรื่น
แรงเสียดทานประเภทที่สองที่เราจะพิจารณาคือการเสียดสีแบบเลื่อน นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นเนื่องจากความหยาบที่กล่าวถึงเมื่อร่างกายเริ่มเคลื่อนที่สัมพันธ์กันโดยการเลื่อน ทิศทางและจุดใช้งานของแรงเสียดทานแบบเลื่อนจะเหมือนกันทุกประการกับแรงเสียดทานสถิต ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างแรงเหล่านี้คือแรงเลื่อนจะน้อยกว่าแรงพักเสมอ
แรงเสียดทานประเภทที่สามซึ่งมีบทบาทในด้านเทคโนโลยีไม่น้อยไปกว่าสองครั้งแรกคือการเสียดสีแบบหมุน ตามชื่อของมัน มันจะปรากฏขึ้นเมื่อร่างหนึ่งหมุนบนพื้นผิวของอีกร่างหนึ่ง สาเหตุของการเสียดสีจากการหมุนนั้นอยู่ที่ฮิสเทรีซิสของการเสียรูป ซึ่งนำไปสู่การ "กระจาย" ของพลังงานจลน์ของวัตถุที่กลิ้ง ในหลายกรณีในทางปฏิบัติ แรงเสียดทานนี้มีค่าน้อยกว่าแรงเสียดทานประเภทก่อนหน้านี้ 10-100 เท่า
แรงเสียดทานทุกประเภทเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงปฏิกิริยาสนับสนุนที่แรงปฏิกิริยาตอบสนองกับร่างกายที่เป็นปัญหา
อันตรายและประโยชน์ของแรงเสียดทานสถิต: ตัวอย่าง
ในบรรดาแรงเสียดทานที่มีชื่อทั้งหมด บางทีการเสียดสีสถิตนั้น "ไม่เป็นอันตราย" ที่สุด ความจริงก็คือว่าในทางปฏิบัติมักจะมีบทบาทที่เป็นประโยชน์ ข้อเสียเพียงอย่างเดียวของมันคือมากกว่าแรงเสียดทานจากการเลื่อน ความจริงข้อหลังหมายความว่าสำหรับการเริ่มต้นการเคลื่อนไหวใด ๆ จำเป็นต้องใช้ความพยายามอย่างมาก ตัวอย่างเช่น หากต้องการเริ่มเล่นสกีบนหิมะ ก่อนอื่นคุณต้อง "ฉีก" พวกเขาออกจากพื้นผิวหิมะ
มีตัวอย่างมากมายการใช้แรงเสียดทานสถิต มาลิสต์กัน:
- ตะปูและตะปูเกลียวที่ยึดตัวไม้ พลาสติก และโลหะที่แข็งแรงสองตัวไว้ด้วยกันอย่างแน่นหนาจะทำหน้าที่ผ่านการกระทำของแรงที่เป็นปัญหา
- การเดินคน การขับรถบนถนน เกิดจากการเสียดสีสถิตย์มากกว่าแรงเสียดทานจากการเลื่อน ไม่อย่างนั้นเราจะเคลื่อนตัวได้ยาก คนและยานพาหนะจะเลื่อนเข้าที่เดียว
- วัตถุที่วางอยู่บนพื้นผิวเอียงเกิดจากการเสียดสีสถิต หากไม่มีเบรกมือบนรถบนทางลาดหรือของใช้ในบ้านบนโต๊ะที่เอียงเล็กน้อยไปยังขอบฟ้า
แรงเสียดทานและประโยชน์ของการเลื่อน
การเสียดสีแบบสถิตซึ่งไม่เหมือนกับแรงเสียดทานสถิตซึ่งส่วนใหญ่มีบทบาทเชิงบวกในชีวิตมนุษย์ การเสียดสีแบบเลื่อนมักจะเป็นแรงที่เป็นอันตราย อย่างไรก็ตาม สามารถยกตัวอย่างแรงเสียดทานการเลื่อนที่มีประโยชน์ได้สองตัวอย่าง:
- เนื่องจากการเสียดสีแบบเลื่อนทำให้เกิดความร้อนที่พื้นผิวของวัตถุ (วิธีธรรมชาติและง่ายที่สุดในการแปลงพลังงานกลเป็นความร้อน) เอฟเฟกต์นี้สามารถใช้เพื่อเพิ่มอุณหภูมิของร่างกายได้ ดังนั้นในสมัยโบราณ บรรพบุรุษของเราจึงจุดไฟด้วยการเสียดสีแบบเลื่อน
- เมื่อคนขับต้องการหยุดรถ เขาก็เหยียบเบรก ในกรณีนี้ จานเบรกจะเลื่อนเข้าไปในขอบล้อและหมุนให้ช้าลง
เสียดสีกับแรงเสียดทาน
ตัวอย่างการเสียดสีในการเลื่อนคือการเคลื่อนที่ของตู้บนพื้นเมื่อเราต้องการจัดเรียงใหม่ในห้อง การเลื่อนของนักเล่นสกีและนักเล่นสเก็ต การเลื่อนของล้อรถเมื่อถูกขวาง หรือเมื่อขับบนถนนที่ลื่นไถลระหว่างส่วนถูของกลไกของเครื่องจักรต่างๆ
ในกรณีเหล่านี้ การเสียดสีแบบเลื่อนจะมีผลเสีย ตัวอย่างอันตรายจากการเสียดสีแบบเลื่อนเหล่านี้เกิดจากการที่อุปกรณ์ป้องกันการเคลื่อนไหวทางกลและ "กิน" พลังงานจลน์จำนวนหนึ่ง (สกี รองเท้าสเก็ต ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของเครื่องจักร) นอกจากนี้ การแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานความร้อนทำให้เกิดความร้อนแก่ชิ้นส่วนที่ถู การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างจุลภาคซึ่งละเมิดคุณสมบัติของวัสดุ สุดท้าย ตัวอย่างที่แสดงไว้ของแรงเสียดทานจากการเลื่อนทำให้เกิดการสึกหรอของพื้นผิวที่เสียดสี ลักษณะของร่องที่ไม่ต้องการ และทำให้บางลง
เสียดสีกับอันตรายและผลประโยชน์
หากเราพิจารณาที่รากของคำถามเกี่ยวกับประโยชน์ของแรงเสียดทานจากการกลิ้ง ปรากฎว่าไม่มีอยู่จริงเลย แท้จริงแล้ว แรงเสียดทานจากการกลิ้งจะป้องกันการหมุนของกลไกเสมอ ซึ่งนำไปสู่การสึกหรอของชิ้นส่วนที่ทำงานและทำให้เกิดความร้อนที่ไม่พึงปรารถนา อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์กลิ้งนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรม (แบริ่ง ล้อรถ) สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าแรงเสียดทานจากการกลิ้งนั้นน้อยกว่าแรงเลื่อนที่คล้ายกันมาก ซึ่งลดขนาดของมันตามลำดับความสำคัญอิทธิพลที่เป็นอันตราย
เพิ่มและลดแรงเสียดทาน
ดังที่เราเห็นข้างต้นในตัวอย่าง แรงเสียดทานสถิตและเลื่อนบางครั้งก็มีประโยชน์และบางครั้งก็เป็นอันตราย ในเรื่องนี้ มนุษยชาติได้ใช้วิธีการเปลี่ยนระดับแรงเสียดทานมาเป็นเวลานาน ทั้งในทิศทางของการเพิ่มแรงที่สอดคล้องกันและในทิศทางของการลดลง
ตัวอย่างที่ดีของวิธีการเพิ่มแรงเสียดทานคือการโรยทรายและเกลือลงบนพื้นน้ำแข็งบนถนน จากการกระทำเหล่านี้ ความหยาบของพื้นผิวน้ำแข็งจะเพิ่มขึ้น และส่งผลให้แรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทานเพิ่มขึ้น
อีกวิธีหนึ่งในการเพิ่มพลังที่เป็นปัญหาคือการใช้พื้นผิวพิเศษ ตัวอย่างที่เด่นชัดคือพื้นผิวของยางรถยนต์สำหรับฤดูหนาวซึ่งมีดอกยางลึกและมีหนามแหลมเป็นโลหะ
ในระหว่างการเล่นสกี เช่นเดียวกับการหมุนของแบริ่งของกลไกต่างๆ แรงเสียดทานมีบทบาทเชิงลบ ในการลดความมัน จะใช้สารหล่อลื่นพิเศษ ซึ่งมักจะขึ้นอยู่กับไขมัน (แว็กซ์ ลิทอล)