แรงเสียดทานเป็นปรากฏการณ์ที่เราพบเจอในชีวิตประจำวันอยู่ตลอดเวลา ไม่สามารถระบุได้ว่าการเสียดสีเป็นอันตรายหรือเป็นประโยชน์ แม้แต่การเหยียบน้ำแข็งที่ลื่นก็ยังดูเป็นเรื่องยาก การเดินบนพื้นผิวแอสฟัลต์ที่ขรุขระนั้นน่ายินดี ชิ้นส่วนรถยนต์ที่ไม่มีการหล่อลื่นจะสึกเร็วขึ้นมาก
การศึกษาความเสียดทาน ความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติพื้นฐานทำให้คนใช้งานได้
แรงเสียดทานในวิชาฟิสิกส์
แรงที่เกิดจากการเคลื่อนไหวหรือความพยายามในการเคลื่อนไหวของวัตถุหนึ่งบนพื้นผิวของอีกวัตถุหนึ่งซึ่งพุ่งไปในทิศทางของการเคลื่อนไหวซึ่งใช้กับวัตถุที่เคลื่อนที่เรียกว่าแรงเสียดทาน โมดูลัสของแรงเสียดทาน สูตรที่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์หลายอย่าง จะแตกต่างกันไปตามประเภทของความต้านทาน
ความฝืดประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่น:
• พักผ่อน;
• สลิป;
• กลิ้ง
ความพยายามใดๆ ในการเคลื่อนย้ายของหนัก (ตู้, หิน) จากที่ของมัน นำไปสู่ความตึงเครียดของบุคคล ในขณะเดียวกัน ก็ไม่สามารถที่จะตั้งค่าวัตถุให้เคลื่อนที่ได้เสมอไป แรงเสียดทานของการพักผ่อนขัดขวางสิ่งนี้
สภาพกำลังพักผ่อน
สูตรคำนวณแรงเสียดทานสถิตไม่ได้ทำให้เรากำหนดได้แม่นยำเพียงพอ ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน ขนาดของแรงต้านทานสถิตขึ้นอยู่กับแรงที่กระทำ
เมื่อแรงเพิ่มขึ้น แรงเสียดทานก็เพิ่มขึ้น
0 < Fปัญหาการพักผ่อน < Fmax
แรงเสียดสีกันตะปูที่ตอกเข้าไปในเนื้อไม้ไม่ให้หลุดออก กระดุมที่เย็บด้วยด้ายถูกยึดไว้อย่างแน่นหนา ที่น่าสนใจคือความต้านทานของการพักผ่อนที่ทำให้คนเดินได้ ยิ่งไปกว่านั้น มันยังมุ่งไปในทิศทางของการเคลื่อนไหวของมนุษย์ซึ่งขัดแย้งกับสภาพทั่วไป
ปรากฏการณ์เลื่อน
เมื่อแรงภายนอกที่เคลื่อนไหวร่างกายเพิ่มค่าของแรงเสียดทานสถิตสูงสุด แรงนั้นก็เริ่มเคลื่อนไหว แรงเสียดทานจากการเลื่อนถือเป็นกระบวนการเลื่อนวัตถุหนึ่งไปบนพื้นผิวของอีกวัตถุหนึ่ง ค่าของมันขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของพื้นผิวที่มีปฏิสัมพันธ์และแรงของการกระทำในแนวตั้งบนพื้นผิว
สูตรคำนวณแรงเสียดทานจากการเลื่อน: F=ΜP โดยที่ Μ คือสัมประสิทธิ์ของสัดส่วน (แรงเสียดทานการเลื่อน) P คือแรงกดแนวตั้ง (ปกติ)
แรงผลักดันอย่างหนึ่งคือแรงเสียดทานจากการเลื่อน ซึ่งสูตรนี้เขียนโดยใช้แรงปฏิกิริยาของตัวรองรับ เนื่องจากการปฏิบัติตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แรงกดปกติและปฏิกิริยาของแนวรับมีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม: Р=N.
ก่อนที่คุณจะพบแรงเสียดทาน สูตรที่ใช้รูปแบบอื่น (F=M N) เป็นตัวกำหนดแรงปฏิกิริยา
แนะนำค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานการเลื่อนสำหรับพื้นผิวการถูสองพื้นผิว โดยขึ้นอยู่กับคุณภาพของการแปรรูปและวัสดุ
โต๊ะ. ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานสำหรับพื้นผิวต่างๆ
| หน้า | พื้นผิวที่มีปฏิสัมพันธ์ | ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานการเลื่อน |
| 1 | เหล็ก+น้ำแข็ง | 0, 027 |
| 2 | โอ๊ค+โอ๊ค | 0, 54 |
| 3 | หนัง+เหล็กหล่อ | 0, 28 |
| 4 | ทองแดง+เหล็ก | 0, 19 |
| 5 | บรอนซ์+เหล็กหล่อ | 0, 16 |
| 6 | เหล็ก+เหล็ก | 0, 15 |
แรงเสียดทานสถิตที่ใหญ่ที่สุด ตามสูตรที่เขียนไว้ข้างต้น สามารถกำหนดได้ในลักษณะเดียวกับแรงเสียดทานแบบเลื่อน
สิ่งนี้จะกลายเป็นสิ่งสำคัญในการแก้ปัญหาเพื่อกำหนดความแข็งแกร่งของแรงต้าน ตัวอย่างเช่น หนังสือซึ่งเคลื่อนที่ด้วยมือที่กดจากด้านบน จะเลื่อนไปภายใต้การกระทำของแรงต้านทานส่วนที่เหลือซึ่งเกิดขึ้นระหว่างมือกับหนังสือ ปริมาณความต้านทานขึ้นอยู่กับค่าของแรงกดแนวตั้งบนหนังสือ
ปรากฏการณ์กลิ้ง
การเปลี่ยนแปลงของบรรพบุรุษของเราจากการลากเป็นรถรบถือเป็นการปฏิวัติ การประดิษฐ์วงล้อเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของมนุษย์ความเสียดทานในการกลิ้งที่เกิดขึ้นเมื่อล้อเคลื่อนไปบนพื้นผิวนั้นด้อยกว่าอย่างมากในด้านขนาดความต้านทานการเลื่อน
การเกิดขึ้นของแรงเสียดทานจากการกลิ้งนั้นสัมพันธ์กับแรงกดของล้อปกติบนพื้นผิว มีลักษณะที่แตกต่างจากการเลื่อน เนื่องจากการเสียรูปเล็กน้อยของล้อ แรงกดที่แตกต่างกันจึงเกิดขึ้นที่กึ่งกลางของพื้นที่ที่ขึ้นรูปและตามขอบ ความแตกต่างของแรงเป็นตัวกำหนดการเกิดแนวต้านการหมุน
สูตรการคำนวณแรงเสียดทานของลูกกลิ้งมักจะใช้คล้ายกับกระบวนการเลื่อน ความแตกต่างจะเห็นได้เฉพาะในค่าสัมประสิทธิ์การลาก
ธรรมชาติของการต่อต้าน
เมื่อความหยาบของพื้นผิวการถูเปลี่ยนไป ค่าของแรงเสียดทานก็จะเปลี่ยนไปด้วย เมื่อใช้กำลังขยายสูง พื้นผิวสองด้านที่สัมผัสกันจะดูเหมือนกระแทกที่มียอดแหลมคม เมื่อซ้อนทับกันจะเป็นส่วนที่ยื่นออกมาของร่างกายที่สัมผัสกัน พื้นที่ติดต่อทั้งหมดไม่มีนัยสำคัญ เมื่อเคลื่อนที่หรือพยายามเคลื่อนย้ายร่างกาย "ยอด" จะสร้างการต่อต้าน ขนาดของแรงเสียดทานไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่ของพื้นผิวสัมผัส
ดูเหมือนว่าพื้นผิวเรียบๆ สองอันไม่น่าจะต้านทานได้ ในทางปฏิบัติ แรงเสียดทานในกรณีนี้มีค่าสูงสุด ความคลาดเคลื่อนนี้อธิบายโดยธรรมชาติของต้นกำเนิดของกองกำลัง นี่คือแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระทำระหว่างอะตอมของร่างกายที่มีปฏิสัมพันธ์
กระบวนการทางกลที่ปราศจากการเสียดสีในธรรมชาตินั้นเป็นไปไม่ได้ เพราะความสามารถในการ "ปิด"ไม่มีปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าระหว่างวัตถุที่มีประจุ ความเป็นอิสระของกองกำลังต่อต้านจากตำแหน่งร่วมกันของร่างกายทำให้เราเรียกพวกมันว่าไม่มีศักยภาพ
น่าสนใจที่แรงเสียดทาน ซึ่งเป็นสูตรที่เปลี่ยนแปลงตามความเร็วของวัตถุที่โต้ตอบกัน เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็วที่สอดคล้องกัน แรงนี้รวมถึงแรงต้านทานความหนืดในของไหล
เคลื่อนที่ในของเหลวและแก๊ส
การเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นของแข็งในของเหลวหรือก๊าซ ของเหลวที่อยู่ใกล้พื้นผิวที่เป็นของแข็งนั้นมาพร้อมกับความต้านทานหนืด การเกิดขึ้นของมันเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ของชั้นของเหลวที่ถูกกักไว้โดยวัตถุที่เป็นของแข็งในกระบวนการเคลื่อนที่ ความเร็วของชั้นต่างๆ ทำให้เกิดแรงเสียดทานหนืด ลักษณะเฉพาะของปรากฏการณ์นี้คือไม่มีแรงเสียดทานสถิตของของไหล โดยไม่คำนึงถึงขนาดของอิทธิพล ร่างกายเริ่มเคลื่อนไหวในขณะที่อยู่ในของเหลว
แรงต้านถูกกำหนดโดยความเร็วของการเคลื่อนไหว รูปร่างของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ และความหนืดของของเหลวขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ การเคลื่อนไหวในน้ำและน้ำมันของร่างเดียวกันนั้นมาพร้อมกับความต้านทานของความยิ่งใหญ่ที่แตกต่างกัน
สำหรับความเร็วต่ำ: F=kv โดยที่ k คือตัวประกอบสัดส่วนขึ้นอยู่กับขนาดเชิงเส้นของร่างกายและคุณสมบัติของตัวกลาง v คือความเร็วของร่างกาย
อุณหภูมิของของไหลก็มีผลต่อความเสียดทานในนั้นเช่นกัน ในสภาพอากาศที่หนาวจัด รถจะอุ่นเครื่องเพื่อให้น้ำมันอุ่นขึ้น (ความหนืดลดลง) และช่วยลดการทำลายของชิ้นส่วนเครื่องยนต์เมื่อสัมผัส
เคลื่อนที่เร็วขึ้น
ความเร็วของร่างกายที่เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดอาจทำให้เกิดกระแสน้ำปั่นป่วน ในขณะที่ความต้านทานเพิ่มขึ้นอย่างมาก ค่าต่างๆ ได้แก่ ตารางความเร็วของการเคลื่อนที่ ความหนาแน่นของตัวกลาง และพื้นที่ผิวของลำตัว สูตรแรงเสียดทานอยู่ในรูปแบบที่แตกต่างกัน:
F=kv2 โดยที่ k เป็นปัจจัยสัดส่วนขึ้นอยู่กับรูปร่างของร่างกายและคุณสมบัติของสื่อ v คือความเร็วของร่างกาย
ร่างกายเพรียวลมปราณก็ลดได้ รูปร่างของปลาโลมาและวาฬเป็นตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบของกฎแห่งธรรมชาติที่ส่งผลต่อความเร็วของสัตว์
แนวทางพลังงาน
การเคลื่อนตัวของร่างกายถูกขัดขวางโดยแรงต้านของสิ่งแวดล้อม เมื่อใช้กฎการอนุรักษ์พลังงาน เขาว่ากันว่าการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกลเท่ากับแรงเสียดทาน
งานของแรงคำนวณโดยสูตร: A=Fscosα โดยที่ F คือแรงที่ร่างกายเคลื่อนที่ในระยะทาง s, α คือมุมระหว่างทิศทางของแรงและการกระจัด
เห็นได้ชัดว่าแรงต้านอยู่ตรงข้ามกับการเคลื่อนไหวของร่างกาย ดังนั้น cosα=-1 งานของแรงเสียดทานซึ่งมีสูตรคือ Atr=- Fs ค่าเป็นลบ ในกรณีนี้ พลังงานกลจะถูกแปลงเป็นพลังงานภายใน (การเสียรูป ความร้อน)