แรงเสียดทานเป็นกระบวนการทางกายภาพโดยที่การเคลื่อนไหวในโลกของเราไม่สามารถมีอยู่ได้ ในวิชาฟิสิกส์ ในการคำนวณค่าสัมบูรณ์ของแรงเสียดทาน จำเป็นต้องทราบค่าสัมประสิทธิ์พิเศษสำหรับพื้นผิวที่ถูพิจารณา จะหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานได้อย่างไร? บทความนี้จะตอบคำถามนี้
แรงเสียดทานในฟิสิกส์
ก่อนตอบคำถามว่าจะหาสัมประสิทธิ์ความเสียดทานได้อย่างไร จำเป็นต้องพิจารณาว่าแรงเสียดทานคืออะไรและมีลักษณะเด่นอย่างไร
ในทางฟิสิกส์ มีกระบวนการสามประเภทที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่เป็นของแข็ง นี่คือความเสียดทานของการพักผ่อน การเลื่อน และการกลิ้ง การเสียดสีมักเกิดขึ้นเมื่อแรงภายนอกพยายามเคลื่อนวัตถุ การเสียดสีจากการเลื่อนดังที่ชื่อแนะนำ เกิดขึ้นเมื่อพื้นผิวด้านหนึ่งเลื่อนทับอีกพื้นผิวหนึ่ง สุดท้าย แรงเสียดทานจากการกลิ้งเกิดขึ้นเมื่อวัตถุทรงกลม (ล้อ ลูกบอล) กลิ้งไปบนพื้นผิวบางส่วน
ทุกประเภทมีเหมือนกันคือป้องกันใครไม่ได้การเคลื่อนที่และจุดที่ใช้กำลังอยู่ในพื้นที่สัมผัสระหว่างพื้นผิวของวัตถุสองชิ้น นอกจากนี้ ทุกประเภทเหล่านี้จะเปลี่ยนพลังงานกลเป็นความร้อน
แรงของการเลื่อนและแรงเสียดทานสถิตเกิดจากความหยาบระดับจุลภาคบนพื้นผิวที่ถู นอกจากนี้ ประเภทเหล่านี้เกิดจากไดโพล-ไดโพลและปฏิกิริยาประเภทอื่นๆ ระหว่างอะตอมและโมเลกุลที่ก่อตัวเป็นวัตถุถู
สาเหตุของความเสียดทานจากการกลิ้งนั้นสัมพันธ์กับฮิสเทรีซิสของการเสียรูปยางยืดที่ปรากฏขึ้นที่จุดสัมผัสระหว่างวัตถุที่กลิ้งกับพื้นผิว
แรงเสียดทานและสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน
แรงเสียดทานแข็งทั้งสามประเภทอธิบายโดยนิพจน์ที่มีรูปแบบเดียวกัน นี่เธอ:
Ft=µtN.
ที่นี่ N คือแรงที่ทำฉากตั้งฉากกับพื้นผิวของร่างกาย เรียกว่าปฏิกิริยาสนับสนุน ค่า µt- เรียกว่าสัมประสิทธิ์ของประเภทแรงเสียดทานที่สอดคล้องกัน
สัมประสิทธิ์ความเสียดทานเลื่อนและพักเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ นี้สามารถเข้าใจได้โดยดูที่ความเท่าเทียมกันของแรงเสียดทานและสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ด้านซ้ายของสมการแสดงเป็นนิวตัน ด้านขวาแสดงเป็นนิวตันด้วย เนื่องจาก N เป็นแรง
สำหรับแรงเสียดทานจากการกลิ้งนั้น ค่าสัมประสิทธิ์ของมันจะเป็นค่าไร้มิติด้วย อย่างไรก็ตาม มันถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของลักษณะเชิงเส้นของการเสียรูปยางยืดต่อรัศมีของวัตถุที่กลิ้ง
ควรกล่าวไว้ว่าค่าทั่วไปของสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานการเลื่อนและส่วนที่เหลือคือหนึ่งในสิบของหน่วย สำหรับแรงเสียดทานกลิ้ง สัมประสิทธิ์นี้สอดคล้องกับหนึ่งในร้อยและพันของหน่วย
จะหาสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานได้อย่างไร
สัมประสิทธิ์ µtขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการที่ยากแก่การพิจารณาทางคณิตศาสตร์ เราแสดงรายการบางส่วน:
- วัสดุถูพื้น;
- คุณภาพพื้นผิว;
- สิ่งสกปรก น้ำ และอื่นๆ
- อุณหภูมิพื้นผิว
ฉะนั้น ไม่มีสูตรสำหรับ µt และจะต้องวัดผลจากการทดลอง เพื่อทำความเข้าใจวิธีหาสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน ควรแสดงจากสูตรสำหรับ Ft เรามี:
µt =Ft/N.
กลายเป็นว่าต้องรู้ว่า µt จำเป็นต้องหาแรงเสียดทานและปฏิกิริยารองรับ
การทดลองที่เกี่ยวข้องดำเนินการดังนี้:
- นั่งเครื่องบิน เช่น ทำจากไม้
- ยึดไดนาโมมิเตอร์กับร่างกายแล้วเคลื่อนให้ทั่วพื้นผิวอย่างเท่าเทียมกัน
ในขณะเดียวกัน ไดนาโมมิเตอร์ก็แสดงแรงบางอย่าง ซึ่งเท่ากับ Ft ปฏิกิริยาพื้นดินเท่ากับน้ำหนักของร่างกายบนพื้นผิวแนวนอน
วิธีการที่อธิบายไว้จะช่วยให้คุณเข้าใจว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทานคืออะไร ในทำนองเดียวกัน คุณสามารถทดลองกำหนด µtrolling
วิธีทดลองอีกวิธีหนึ่งในการพิจารณา µt จะได้รับในรูปแบบของปัญหาในย่อหน้าถัดไป
ปัญหาในการคำนวณ µt
คานไม้อยู่บนพื้นผิวกระจกเมื่อเอียงพื้นผิวอย่างราบรื่น เราพบว่าการเลื่อนลำแสงเริ่มต้นที่มุมเอียง 15o ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตสำหรับคู่แก้วไม้เป็นเท่าใด
เมื่อลำแสงอยู่บนระนาบเอียงที่ 15o แรงเสียดทานที่เหลือของลำแสงจะมีค่าสูงสุด เท่ากับ:
Ft=mgsin(α).
แรง N ถูกกำหนดโดยสูตร:
N=mgcos(α).
ใช้สูตรสำหรับ µt เราได้รับ:
µt=Ft/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).
แทนที่มุม α เราก็ได้คำตอบ: µt=0, 27.
