นักเรียนทุกคนรู้ดีว่าเมื่อพื้นผิวแข็งทั้งสองสัมผัสกัน จะเกิดแรงเสียดทานที่เรียกว่าแรงเสียดทาน ลองพิจารณาในบทความนี้ว่าคืออะไรโดยเน้นที่จุดใช้แรงเสียดทาน
แรงเสียดทานมีแบบไหนบ้าง
ก่อนที่จะพิจารณาจุดที่ใช้แรงเสียดทาน จำเป็นต้องจำคร่าวๆ ว่าแรงเสียดทานประเภทใดที่มีอยู่ในธรรมชาติและเทคโนโลยี
มาเริ่มพิจารณาการเสียดสีสถิตกัน ประเภทนี้บ่งบอกถึงสถานะของร่างกายที่มั่นคงที่วางบนพื้นผิวบางส่วน การเสียดสีของการพักผ่อนช่วยป้องกันการเคลื่อนตัวของร่างกายจากสภาวะพัก ตัวอย่างเช่น เนื่องจากการกระทำของแรงนี้ เป็นการยากสำหรับเราที่จะย้ายตู้ที่ยืนอยู่บนพื้น
การเสียดสีเลื่อนเป็นแรงเสียดทานอีกรูปแบบหนึ่ง มันปรากฏตัวในกรณีที่มีการสัมผัสระหว่างพื้นผิวทั้งสองที่เลื่อนเข้าหากัน แรงเสียดทานแบบเลื่อนตรงข้ามกับการเคลื่อนไหว (ทิศทางของแรงเสียดทานอยู่ตรงข้ามกับความเร็วของร่างกาย) ตัวอย่างที่ชัดเจนของการกระทำคือนักสกีหรือนักเล่นสเก็ตเลื่อนบนน้ำแข็งบนหิมะ
สุดท้าย ความฝืดประเภทที่สามก็กลิ้งไปมา มันมีอยู่เสมอเมื่อร่างหนึ่งกลิ้งบนพื้นผิวของอีกร่างหนึ่ง ตัวอย่างเช่น การกลิ้งของล้อหรือตลับลูกปืนเป็นตัวอย่างสำคัญที่ความเสียดทานของการหมุนเป็นสิ่งสำคัญ
สองประเภทแรกที่อธิบายไว้เกิดขึ้นเนื่องจากความหยาบบนพื้นผิวที่ถู ประเภทที่สามเกิดขึ้นเนื่องจากฮิสเทรีซิสผิดรูปของตัวกลิ้ง
จุดใช้แรงเสียดทานแบบเลื่อนและพัก
กล่าวไว้ข้างต้นว่าแรงเสียดทานสถิตป้องกันแรงกระทำภายนอกซึ่งมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนวัตถุไปตามพื้นผิวสัมผัส ซึ่งหมายความว่าทิศทางของแรงเสียดทานอยู่ตรงข้ามกับทิศทางของแรงภายนอกที่ขนานกับพื้นผิว จุดที่ใช้แรงเสียดทานที่พิจารณาอยู่ในพื้นที่สัมผัสระหว่างสองพื้นผิว
สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าแรงเสียดทานสถิตไม่ใช่ค่าคงที่ มีค่าสูงสุดซึ่งคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้:
Ft=µtN.
อย่างไรก็ตาม ค่าสูงสุดนี้จะปรากฏขึ้นเมื่อร่างกายเริ่มเคลื่อนไหวเท่านั้น ในกรณีอื่น ๆ แรงเสียดทานสถิตมีค่าเท่ากันทุกประการกับพื้นผิวขนานของแรงภายนอก
สำหรับจุดที่ใช้แรงเสียดสีแบบเลื่อน ไม่แตกต่างจากแรงเสียดทานสถิต เมื่อพูดถึงความแตกต่างระหว่างแรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทาน ควรสังเกตความสำคัญอย่างยิ่งของแรงเหล่านี้ ดังนั้น แรงเสียดทานจากการเลื่อนของวัสดุคู่หนึ่งจึงเป็นค่าคงที่ นอกจากนี้ยังน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุดเสมอ
อย่างที่คุณเห็น จุดที่ใช้แรงเสียดทานไม่ตรงกับจุดศูนย์ถ่วงของร่างกาย ซึ่งหมายความว่ากองกำลังที่กำลังพิจารณาสร้างช่วงเวลาที่มีแนวโน้มที่จะพลิกตัวเลื่อนไปข้างหน้า หลังสามารถสังเกตได้เมื่อนักปั่นเบรกด้วยล้อหน้าอย่างแรง
ความฝืดของการหมุนและจุดใช้งาน
เนื่องจากสาเหตุทางกายภาพของแรงเสียดทานจากการกลิ้งนั้นแตกต่างจากประเภทของแรงเสียดทานที่กล่าวถึงข้างต้น จุดของการใช้แรงเสียดทานของการหมุนจึงมีลักษณะที่แตกต่างกันเล็กน้อย
สมมุติว่าล้อรถอยู่บนทางเท้า เห็นได้ชัดว่าล้อนี้มีรูปร่างผิดปกติ พื้นที่ที่สัมผัสกับยางมะตอยเท่ากับ 2dl โดยที่ l คือความกว้างของล้อ 2d คือความยาวของหน้าสัมผัสด้านข้างของล้อและยางมะตอย แรงเสียดสีกลิ้งในสาระสำคัญทางกายภาพของมันแสดงออกในรูปแบบของโมเมนต์ปฏิกิริยาของการสนับสนุนที่มุ่งไปที่การหมุนของล้อ ช่วงเวลานี้คำนวณดังนี้:
M=Nd
ถ้าเราหารมันและคูณมันด้วยรัศมีของวงล้อ R เราก็จะได้:
M=Nd/RR=FtR โดยที่ Ft=Nd/R
ดังนั้น แรงเสียดทานแบบหมุน Ft แท้จริงแล้วคือปฏิกิริยาของแนวรับ ซึ่งสร้างช่วงเวลาแห่งแรงที่มีแนวโน้มจะทำให้การหมุนของวงล้อช้าลง
จุดที่ใช้แรงนี้พุ่งขึ้นไปในแนวตั้งโดยสัมพันธ์กับพื้นผิวของระนาบและเลื่อนไปทางขวาจากจุดศูนย์กลางมวลโดย d (สมมติว่าล้อเลื่อนจากซ้ายไปขวา)
ตัวอย่างการแก้ปัญหา
แอ็คชั่นแรงเสียดทานทุกชนิดมีแนวโน้มที่จะชะลอการเคลื่อนที่ของวัตถุในขณะที่เปลี่ยนพลังงานจลน์เป็นความร้อน มาแก้ปัญหาต่อไปนี้:
แถบเลื่อนบนพื้นผิวลาดเอียง จำเป็นต้องคำนวณความเร่งของการเคลื่อนที่หากทราบว่าสัมประสิทธิ์การเลื่อนเท่ากับ 0.35 และมุมเอียงของพื้นผิวเท่ากับ 35o.
ลองพิจารณาว่ากองกำลังใดที่กระทำบนคาน ประการแรก ส่วนประกอบของแรงโน้มถ่วงจะพุ่งลงไปตามพื้นผิวเลื่อน เท่ากับ:
F=mgsin(α)
ประการที่สอง แรงเสียดทานคงที่ขึ้นไปตามระนาบ ซึ่งพุ่งตรงไปที่เวกเตอร์ความเร่งของร่างกาย สามารถกำหนดได้โดยสูตร:
Ft=µtN=µtmgcos (α)
จากนั้นกฎของนิวตันสำหรับแท่งที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง a จะมีรูปแบบ:
ma=mgsin(α) - µtmgcos(α)=>
a=gsin(α) - µtgcos(α)
แทนที่ข้อมูลให้เท่ากัน เราจะได้ a=2.81 m/s2 โปรดทราบว่าการเร่งความเร็วที่พบไม่ได้ขึ้นอยู่กับมวลของแท่งกราฟ
