แม้ในช่วงปีการศึกษา ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 หรือ 8 แต่ละคนก็จะได้คุ้นเคยกับแนวคิดใหม่ของฟิสิกส์ไดนามิก - ความเสียดทาน อย่างไรก็ตาม หลายคนเมื่อโตเต็มที่แล้วลืมไปว่าแรงเสียดทานคืออะไรและแรงนี้ทำงานอย่างไร มาลองทำความเข้าใจหัวข้อนี้กัน
นิยามของแนวคิด
การเสียดสีเป็นปรากฏการณ์ที่มีความหมายดังต่อไปนี้ เมื่อร่างทั้งสองสัมผัสกัน จะเกิดปฏิกิริยาพิเศษขึ้นตรงจุดที่สัมผัสกัน ป้องกันไม่ให้ร่างกายเคลื่อนที่สัมพันธ์กันต่อไป เป็นที่ชัดเจนว่าสามารถคำนวณมูลค่าของการโต้ตอบของร่างกายเหล่านี้ได้ แรงเสียดทานเป็นตัวกำหนดลักษณะปฏิสัมพันธ์นี้ในเชิงปริมาณ หากเกิดการเสียดสีระหว่างวัตถุที่แข็งกระด้าง (เช่น การโต้ตอบของหนังสือกับชั้นวางหนังสือหรือแอปเปิ้ลกับโต๊ะ) การโต้ตอบนี้จะเรียกว่าการเสียดสีแบบแห้ง
ควรเข้าใจว่าการเสียดสีเป็นแรงที่มีลักษณะแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าสาเหตุของแรงนี้คือปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคที่ประกอบเป็นร่างนี้หรือร่างกายนั้น
แรงเสียดทานคืออะไร
เนื่องจากความหลากหลายของสินค้าที่มีอยู่ในโลกของเรา คุณทำได้กำหนดว่าแต่ละอันมีโครงสร้างของตัวเองและมีคุณสมบัติเฉพาะตัว ซึ่งหมายความว่าการโต้ตอบระหว่างรายการต่างๆ จะแตกต่างกัน เพื่อความเข้าใจที่ถูกต้องในสาระสำคัญและการแก้ปัญหาอย่างมีประสิทธิภาพของปัญหาต่างๆ ทางฟิสิกส์ เป็นเรื่องปกติที่จะแยกความเสียดทานสามประเภทตามเงื่อนไข มาวิเคราะห์กันแยกกัน:
- การเสียดสีครั้งแรกคือแรงเสียดทานสถิตที่เกิดขึ้นเมื่อไม่มีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของวัตถุทั้งสอง เราสามารถเห็นตัวอย่างของเขาได้ทุกที่ เพราะแรงที่เกิดจากแรงเสียดทานนี้จะทำให้วัตถุมีความสมดุล ตัวอย่างเช่น สินค้าบนสายพานลำเลียงที่เคลื่อนที่ ตะปูตอกกำแพง หรือคนที่ยืนอยู่บนพื้น
- การเสียดสีเลื่อนเป็นความเสียดทานที่สองตามเงื่อนไข ค่าของการเลื่อนถูกกำหนดดังนี้: เมื่อแรงถูกนำไปใช้กับวัตถุในสภาวะสมดุลที่มากกว่าแรงเสียดทานสถิต แรงเสียดทานการเลื่อนจะเริ่มกระทำและร่างกายเคลื่อนที่
- และสุดท้าย การเสียดสีกันแบบหมุน ซึ่งอธิบายปฏิสัมพันธ์ของวัตถุทั้งสอง ตัวหนึ่งจะกลิ้งไปบนพื้นผิวของอีกร่างหนึ่ง ความแตกต่างของการเสียดสีในการกลิ้งและการเลื่อนนั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อมีการเคลื่อนไหวใดๆ พื้นที่ของร่างกายจะถูกแทนที่ตามความยาวของพื้นผิวสัมผัส และแทนที่จะเกิดพันธะระหว่างโมเลกุลที่แตกหัก จะเกิดพันธะใหม่ขึ้น และในกรณีที่ล้อหมุนโดยไม่ลื่น การยึดเกาะของโมเลกุลจะแตกเร็วกว่ามากเมื่อส่วนล้อถูกยกขึ้นมากกว่าการเลื่อน ปรากฎว่าแรงเสียดทานกลิ้งน้อยกว่าแรงเลื่อน
เสียดสีกันที่ไหนและอย่างไร
แรงเสียดทานคือปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ หากปราศจากสิ่งนี้ เราไม่สามารถทำสิ่งพื้นฐาน: เดิน นั่ง หรือเพียงแค่ถือสิ่งของในมือของเรา ดังนั้นอย่าประมาทความสำคัญของแรงเสียดทาน ตามที่นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Guillaume กล่าวว่า: "ถ้าไม่มีการเสียดสี โลกของเราจะปราศจากความหยาบกร้าน มันก็จะเหมือนกับหยดของเหลว"
บางทีตัวอย่างที่ดีที่สุดที่อธิบายลักษณะแรงเสียดทานได้แม่นยำที่สุดคือการทำงานของวงล้อ แม้ในสมัยโบราณจะสังเกตเห็นว่าแรงของแรงเสียดทานจากการกลิ้งนั้นน้อยกว่าแรงแรงเสียดทานจากการเลื่อนมาก ข้อดีที่ปฏิเสธไม่ได้ของแรงเสียดทานจากการกลิ้งที่ทำให้คนใส่ไม้ซุงหรือลูกกลิ้งเพื่อเคลื่อนย้ายของหนักและเทอะทะ เมื่อเวลาผ่านไป ผู้คนได้พัฒนาความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติอันน่าทึ่งของแรงเสียดทานจากการกลิ้ง สังเกตการเคลื่อนที่ของวัตถุภายใต้อิทธิพลของแรงเสียดทาน และในที่สุดก็คิดค้นล้อ! ในโลกสมัยใหม่ เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงชีวิตโดยปราศจากชิ้นส่วนที่ขาดไม่ได้เหล่านี้ เพราะล้อคือ "เครื่องยนต์" ตัวที่สองของการขนส่งใดๆ!
วิธีคำนวณค่าแรงเสียดทาน
แรงเสียดทานมีค่าจำนวนเต็มเช่นเดียวกับแรงอื่นๆ เพื่อที่จะกำหนดได้อย่างแม่นยำว่าต้องใช้แรงเท่าใดสำหรับการเคลื่อนที่หรืองานประเภทอื่นๆ จำเป็นต้องคำนวณแรงเสียดทานสถิต วิศวกรมักจะทำเช่นนี้เมื่อสร้างโรงงานหรือประดิษฐ์อุปกรณ์ใหม่ อย่างไรก็ตาม แม้แต่เด็กนักเรียนธรรมดาก็ยังต้องเผชิญกับงานบางอย่างที่ต้องคำนวณแรงเสียดทาน เลยเอามานับคุณเพียงแค่ต้องใช้สูตรง่ายๆ: Ffriction=KN โดยที่ k คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ค่าของสัมประสิทธิ์ทั้งหมดขึ้นอยู่กับพื้นผิวของวัตถุที่ร่างกายเคลื่อนไหวหรือโต้ตอบเสมอ "N" ในสูตรของเราหมายถึงแรงปฏิกิริยาของการรองรับบนร่างกาย ขึ้นอยู่กับมวลของร่างกายที่สัมผัสกับพื้นผิวของตัวรองรับเป็นหลัก
คำนวณค่าแรงในโจทย์
สมมติว่ามวล m=3 กก. อยู่บนกระดานแนวนอน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างแผ่นไม้กับตัวเครื่องเท่ากับ 0.3 จะหาค่าแรงเสียดทานได้อย่างไร? ง่ายมาก สิ่งที่คุณต้องทำคือใส่ค่าของเราลงในสูตร คุณเพียงแค่ต้องคำนึงว่า N ในกรณีนี้เท่ากับน้ำหนักของร่างกาย (ตามกฎข้อที่ 3 ของนิวตัน) ดังนั้น แรงที่ต้องการคือ (ม.ก.)k=(3 กก.10 ม./วินาที2)0, 3=9 H.
