ทำไมสายไวโอลินถึงมีเสียงเมื่อเล่นกับคันธนู? ท้ายที่สุด คันชักจะเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอ และการสั่นของเชือกก็เป็นระยะๆ และรถจะเร่งความเร็วได้อย่างไรและแรงอะไรที่ทำให้ช้าลงเมื่อเบรก? ทำไมรถถึง "ลื่นไถล" บนถนนลื่น? กฎแห่งการเสียดสีให้คำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้และคำถามสำคัญอื่นๆ มากมายที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของร่างกาย
ในศตวรรษที่สิบแปด Coulomb นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสค้นพบกฎหมายโดยที่แรงเสียดทานระหว่างวัตถุแข็งไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัส แต่เป็นสัดส่วนกับแรง N ที่บีบร่างกาย:
ค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน k ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของพื้นผิวการถูเท่านั้น และมักจะอยู่ในช่วง 0.5 ถึง 0.15 แม้ว่าตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาได้มีการเสนอสมมติฐานมากมายเพื่ออธิบายกฎนี้ แต่ก็ยังไม่มีทฤษฎีแรงเสียดทานที่สมบูรณ์ แรงเสียดทานถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของพื้นผิวของของแข็ง และพวกมันซับซ้อนมากและยังไม่ได้รับการสำรวจอย่างเต็มที่
พื้นผิวของร่างกายที่เป็นของแข็งมักมีสิ่งผิดปกติ ตัวอย่างเช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสามารถเห็น "ภูเขา" และ "ถ้ำ" ขนาด 100-1000 A ได้แม้ในโลหะขัดมันอย่างดี เมื่อร่างกายถูกบีบอัดการสัมผัสจะเกิดขึ้นเฉพาะในที่สูงและพื้นที่สัมผัสจริงเท่านั้น น้อยกว่าพื้นที่รวมของพื้นผิวสัมผัสมาก ความดันที่จุดสัมผัสอาจสูงมาก และเกิดการเสียรูปของพลาสติกที่นั่น ในกรณีนี้พื้นที่สัมผัสจะเพิ่มขึ้นและความดันจะลดลง สิ่งนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าความดันจะถึงค่าหนึ่งซึ่งการเสียรูปจะหยุดลง
ดังนั้นพื้นที่สัมผัสจริง S จึงเป็นสัดส่วนกับแรงอัด: .
ที่จุดสัมผัส แรงยึดเหนี่ยวของโมเลกุลจะกระทำ (เช่น เป็นที่ทราบกันดีว่าพื้นผิวโลหะที่สะอาดและเรียบมากจะเกาะติดกัน) ดังนั้นแรงเสียดทานจะกลายเป็นสัดส่วนกับ N และค่าสัมประสิทธิ์ของสัดส่วนขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของพื้นผิว
รูปแบบของแรงเสียดทานแบบแห้งนี้ (ที่เรียกว่าแรงเสียดทานระหว่างของแข็ง) นั้นใกล้เคียงกับสถานการณ์จริงในโลหะ อย่างไรก็ตาม ในกรณีอื่นๆ รูปภาพมีความชัดเจนน้อยกว่า และจนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครสามารถคำนวณในทางทฤษฎีว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเท่ากับเท่าใด
กฎของคูลอมบ์กำหนดค่าสูงสุดของแรงเสียดทาน ตัวอย่างเช่น หากร่างกายวางอยู่บนพื้นผิวแนวนอน แรงเสียดทานจะไม่กระทำต่อร่างกาย การเสียดสีเกิดขึ้นเมื่อคุณพยายามขยับร่างกาย ใช้แรงกับมัน ตราบใดที่ค่าของแรงนี้ไม่เกินค่า ร่างกายจะยังคงนิ่งและแรงเสียดทานจะมีขนาดเท่ากันและอยู่ตรงข้ามกับทิศทางของแรงที่กระทำ จากนั้นการเคลื่อนไหวจะเริ่มขึ้น จึงเป็นแรงเสียดทานสถิตสูงสุด
มันอาจจะดูน่าประหลาดใจ แต่มันก็เป็นแรงเสียดทานสถิตที่เร่งรถ เมื่อรถเคลื่อนที่ ล้อจะไม่ลื่นไถลเมื่อเทียบกับถนน และเกิดแรงเสียดทานสถิตระหว่างยางกับพื้นผิวถนน มองเห็นได้ง่าย (รูปที่ 1a) ว่าทิศทางการเคลื่อนที่ของรถ ขนาดของแรงนี้ไม่สามารถเกินค่าได้ ดังนั้นหากคุณกดแก๊สแรงๆ บนถนนที่ลื่น รถจะเริ่มลื่นไถล แต่ถ้าคุณเหยียบเบรก การหมุนของล้อจะหยุดและรถจะไถลไปตามถนน แรงเสียดทานจะเปลี่ยนทิศทาง (รูปที่ 1.6) และเริ่มทำให้รถช้าลง
แรงเสียดทานระหว่างการเลื่อนของวัตถุที่เป็นของแข็งไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของพื้นผิวและแรงกดเท่านั้น (การพึ่งพานี้ในเชิงคุณภาพเหมือนกับแรงเสียดทานสถิต) แต่ยังขึ้นกับความเร็วของการเคลื่อนที่ด้วย บ่อยครั้ง เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น แรงเสียดทานจะลดลงอย่างรวดเร็วก่อน แล้วจึงเริ่มเพิ่มขึ้นอีกครั้ง (รูปที่ 1c)
คุณลักษณะที่สำคัญของแรงเสียดทานแบบเลื่อนนี้อธิบายได้ว่าทำไมสายไวโอลินถึงส่งเสียงได้ ในขั้นต้น จะไม่มีการลื่นไถลระหว่างคันธนูกับสาย และสายธนูจะจับที่คันธนู (รูปที่ 2) เมื่อแรงเสียดทานสถิตถึงค่าสูงสุด เชือกจะขาด และจากนั้นจะสั่นสะเทือนราวกับเป็นอิสระ จากนั้นจึงจับคันธนูอีกครั้ง ฯลฯ
การสั่นที่คล้ายคลึงกันแต่เป็นอันตรายอาจเกิดขึ้นได้เมื่อแปรรูปโลหะบนเครื่องกลึงเนื่องจากการเสียดสีระหว่างการหักเศษและหัวกัด (รูปที่ 3) และถ้าคันธนูถูกขัดด้วยขัดสนเพื่อให้แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับความเร็วที่คมชัดขึ้น จากนั้นเมื่อแปรรูปโลหะคุณต้องทำตรงกันข้าม (เลือกรูปร่างหัวกัดพิเศษสารหล่อลื่น ฯลฯ ) ดังนั้นสิ่งสำคัญคือต้องรู้กฎหมาย ความขัดแย้ง และสามารถใช้งานได้
นอกจากการเสียดสีแบบแห้งแล้ว ยังมีการเสียดสีของเหลวที่เรียกว่า ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อของแข็งเคลื่อนที่ในของเหลวและก๊าซ และสัมพันธ์กับความหนืดของพวกมัน แรงเสียดสีของไหลแปรผันตามความเร็วของการเคลื่อนที่และจะหายไปเมื่อร่างกายหยุด ดังนั้นในของเหลวจึงสามารถเคลื่อนไหวร่างกายได้โดยใช้แรงเพียงเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น บุคคลสามารถเคลื่อนย้ายเรือบรรทุกหนักบนน้ำ ผลักเสาด้วยเสา แต่บนบก แน่นอน เขาไม่สามารถเคลื่อนย้ายของหนักดังกล่าวได้ คุณลักษณะที่สำคัญของแรงเสียดทานของของไหลอธิบายได้ เช่น เหตุใดรถจึงไถลบนถนนเปียก การเสียดสีจะกลายเป็นของเหลว และแม้แต่การกระแทกเล็กๆ บนถนนที่สร้างแรงด้านข้างทำให้รถ "ลื่นไถล"
ยังไม่มีเวอร์ชัน HTML ของงาน
เอกสารที่คล้ายกัน
แรงที่เกิดขึ้นระหว่างร่างกายที่สัมผัสกับการเคลื่อนไหวสัมพัทธ์ การหาขนาดและทิศทางของแรงเสียดทานแบบเลื่อน กฎ Amonton-Coulomb ประเภทของแรงเสียดทานในกลไกและเครื่องจักร จับกับพื้นผิวเป็นวิธีการเคลื่อนไหว
การนำเสนอเพิ่ม 12/16/2014
การหาลักษณะเฉพาะของวิธีการโดยประมาณในการกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจากการเลื่อน คุณสมบัติของการคำนวณสำหรับวัสดุต่างๆ ค่าและการคำนวณแรงเสียดทานตามกฎของคูลอมบ์ อุปกรณ์และหลักการทำงานของการติดตั้งเพื่อกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน
งานห้องปฏิบัติการเพิ่ม 01/12/2010
ประวัติความเป็นมาของแรงเสียดทาน - กระบวนการปฏิสัมพันธ์ของร่างกายระหว่างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ (การเคลื่อนที่) หรือเมื่อร่างกายเคลื่อนที่ในตัวกลางที่เป็นก๊าซหรือของเหลว การเกิดขึ้นของแรงเสียดทานแบบเลื่อนและส่วนที่เหลือที่ทางแยกของวัตถุที่อยู่ติดกันวิธีการลด
บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 07/30/2015
สาเหตุของแรงเสียดทานและตัวอย่าง: การเคลื่อนที่ของเพลาล้อ, ลูกบอลกลิ้งบนพื้นแนวนอน สูตรคำนวณแรงเสียดทานในวิชาฟิสิกส์ บทบาทของแรงเสียดทานในชีวิตบนโลก: การเดิน, การหมุนของล้อขับเคลื่อนของลูกเรือ
การนำเสนอ, เพิ่ม 01/16/2011
แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า และแรงนิวเคลียร์ ปฏิกิริยาของอนุภาคมูลฐาน แนวคิดเรื่องแรงโน้มถ่วงและแรงโน้มถ่วง การหาค่าแรงยืดหยุ่นและการเสียรูปประเภทหลัก คุณสมบัติของแรงเสียดทานและแรงพัก การแสดงออกของแรงเสียดทานในธรรมชาติและเทคโนโลยี
การนำเสนอเพิ่ม 01/24/2012
แรงเสียดทานเป็นแรงที่เกิดขึ้นจากการสัมผัสวัตถุ ชี้ไปตามขอบเขตการสัมผัสและป้องกันการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของวัตถุ สาเหตุของการเสียดสี แรงเสียดทานส่วนที่เหลือ เลื่อน และกลิ้ง. การใช้น้ำมันหล่อลื่นและตลับลูกปืน
การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 11/12/2556
แรงเสียดทานเป็นกระบวนการปฏิสัมพันธ์ของวัตถุแข็งกับการเคลื่อนที่สัมพัทธ์หรือกับการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นของแข็งในตัวกลางที่เป็นก๊าซหรือของเหลว ประเภทของแรงเสียดทาน การคำนวณแรงเสียดทานสถิต การเลื่อนและการกลิ้ง การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับพื้นผิวคู่ต่างๆ
การปฏิบัติจริงเพิ่ม 05/10/2010
แรงเสียดทานในโลกมาโครและนาโน ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างแรงเสียดทานและแรงยึดเกาะ การเคลื่อนที่ของวัตถุแข็งในตัวกลางที่เป็นของเหลว ดาราจักรประเภทหลักมีลักษณะเป็นวงรี วงรี และไม่สม่ำเสมอ โครงสร้างเชิงพื้นที่ของจักรวาล ทฤษฎีสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ
การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 09/29/2013
แรงเสียดทานเป็นแรงที่เกิดขึ้นจากการสัมผัสวัตถุ ชี้ไปตามขอบเขตการสัมผัสและป้องกันการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของวัตถุ สาเหตุของการเสียดสี บทบาทของแรงเสียดทานในชีวิตประจำวัน ในด้านเทคโนโลยี และในธรรมชาติ แรงเสียดทานที่เป็นอันตรายและเป็นประโยชน์
การนำเสนอ, เพิ่ม 02/09/2014
คำจำกัดความของการเคลื่อนที่แบบแปลน การกระทำและปฏิกิริยา ทิศทางของแรง แรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทานแห้ง แรงดึงดูดซึ่งกันและกัน เรื่องราวของ "หงส์ มะเร็ง และหอก แบกสัมภาระ" ในมุมมองของฟิสิกส์
แรงเสียดทาน -ชุดของปรากฏการณ์ที่ทำให้เกิดการต้านทานต่อการเคลื่อนไหวที่สัมพันธ์กันของวัตถุขนาดใหญ่ (แรงเสียดทานภายนอก) หรือองค์ประกอบของวัตถุเดียวกัน (แรงเสียดทานภายใน) ซึ่งพลังงานกลส่วนใหญ่กระจายไปในรูปของความร้อน แรงเสียดทานภายนอกเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างวัตถุสองชิ้น แรงเสียดทานภายในเกิดขึ้นในการไหลของของไหลหรือในระหว่างการเสียรูปของวัตถุที่เป็นของแข็ง ระหว่างส่วนที่ผสมสัมพันธ์กัน
แรงเสียดทานภายนอก (แรงเสียดทาน)- ปรากฏการณ์ของการต่อต้านการเคลื่อนไหวสัมพัทธ์ที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุสองชิ้นในโซนสัมผัสของพื้นผิวของพวกเขาสัมผัสโดยตรงกับพวกเขา. (GOST 2823-94)
1. ประเภทของแรงเสียดทานภายนอก
ในกรณีที่มีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของวัตถุสองชิ้นสัมผัสกัน แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในกรณีนี้สามารถแบ่งออกเป็น:
2. ลักษณะทางกายภาพ
ลักษณะทางกายภาพของแรงเสียดทานไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ มีโรงเรียนวิทยาศาสตร์หลายแห่งที่ตีความธรรมชาติของแรงเสียดทานจากตำแหน่งต่างๆ เช่น จากมุมมองของฟิสิกส์โลหะ ธรรมชาติทางไฟฟ้า เป็นต้น
ในเชิงปริมาณ การสำแดงของแรงเสียดทานระหว่างวัตถุที่เป็นของแข็งนั้นอธิบายโดยแรงเสียดทาน
ปรากฏการณ์แรงเสียดทานภายในของของเหลวและก๊าซเรียกว่าความหนืด
3. การกระจายพลังงาน
ในระหว่างการเสียดสี พลังงานของการเคลื่อนที่เชิงกลด้วยกล้องจุลทรรศน์จะถูกแปลงเป็นพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยกล้องจุลทรรศน์ของอะตอมและโมเลกุล มนุษยชาติได้เรียนรู้ที่จะใช้เอฟเฟกต์นี้เพื่อจุดไฟ
4. การผลิตไฟฟ้าโดยแรงเสียดทาน
อ่านเพิ่มเติมในบทความ เอฟเฟกต์ไทรโบอิเล็กทริกในระหว่างการเสียดสี พื้นผิวของวัตถุจำนวนมากจะถูกชาร์จ ซึ่งบ่งบอกถึงลักษณะไฟฟ้าสถิตของแรงเสียดทาน กระบวนการนี้ใช้เพื่อสร้างประจุไฟฟ้าสถิต ตัวอย่างทั่วไปอย่างหนึ่งของการใช้พลังงานไฟฟ้าจากการเสียดสีในโลกสมัยใหม่คือการใช้ไฟฟ้าของดรัมในเครื่องถ่ายเอกสาร ด้วยการใช้ไฟฟ้าแบบเสียดทาน สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าที่สูงมากได้ เช่น ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิต Van de Graaff
5. น้ำมันหล่อลื่น
แยกแยะ แรงเสียดทานโดยไม่ใช้สารหล่อลื่น(แรงเสียดทานแห้ง) และ แรงเสียดทานกับสารหล่อลื่นนำเข้าสู่เขตเสียดทาน เพื่อลดแรงเสียดทานต่างๆ
คำนิยาม
จากสมการที่สอง:
แรงเสียดทาน:
แทนนิพจน์ของแรงเสียดทานลงในสมการแรก เราได้:
เมื่อเบรกจนสุดความเร็วของรถบัสจะลดลงจากค่าเป็นศูนย์ ดังนั้นรถบัส:
สัดส่วนที่เหมาะสมของอัตราส่วนความเร่งของบัสระหว่างการเบรกฉุกเฉิน เราได้รับ:
เมื่อไหร่จะถึงป้ายรถเมล์:
ความเร่งแรงโน้มถ่วง m/s
แทนที่ค่าตัวเลขของปริมาณทางกายภาพลงในสูตรเราคำนวณ:
ตัวอย่าง 2
| ออกกำลังกาย | ร่างเล็กวางอยู่บนระนาบเอียงทำมุมกับขอบฟ้าแล้วปล่อย ระยะทางที่ร่างกายจะเดินทางใน 3 วินาทีถ้าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างมันกับพื้นผิวเป็น 0.2? |
| วิธีการแก้ | มาวาดรูปกันและระบุแรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกาย
ร่างกายถูกกระทำโดยแรงโน้มถ่วง แรงปฏิกิริยาของตัวรองรับ และแรงเสียดทาน เราเลือกระบบพิกัดดังที่แสดงในรูป และฉายเวกเตอร์ความเท่าเทียมกันนี้บนแกนพิกัด:
จากสมการที่สอง: |
- แรงประเภทที่สามที่ใช้ในกลศาสตร์คือแรงเสียดทาน แรงเสียดทานเช่นเดียวกับแรงยืดหยุ่นมีลักษณะแม่เหล็กไฟฟ้านั่นคือแรงเสียดทานขึ้นอยู่กับแรงไฟฟ้าของปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุล คุณสมบัติหลักของแรงเสียดทานซึ่งแยกความแตกต่างจากแรงโน้มถ่วงและแรงยืดหยุ่นคือขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ของวัตถุที่สัมพันธ์กัน
เรามาทำความรู้จักกับแรงเสียดทานระหว่างพื้นผิวของของแข็งกันก่อน แรงเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อร่างกายสัมผัสโดยตรงและมักจะพุ่งไปตามพื้นผิวสัมผัส ตรงกันข้ามกับแรงยืดหยุ่นที่ตั้งฉากกับพื้นผิวเหล่านี้ แรงเสียดทานเกิดขึ้นเมื่อวัตถุหนึ่งเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวของอีกวัตถุหนึ่ง แต่สามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างวัตถุแข็งที่อยู่ติดกันเมื่อวัตถุเหล่านี้ไม่มีการเคลื่อนไหวสัมพันธ์กัน แรงเสียดทานจะป้องกันการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของร่างกายเสมอ
ลักษณะของแรงเสียดทาน
เหตุผลที่หนังสือไม่เลื่อนออกจากโต๊ะเอียงเล็กน้อยเนื่องจากความหยาบของพื้นผิวโต๊ะและปกหนังสือ ความหยาบนี้สังเกตได้ชัดเจนเมื่อสัมผัส และภายใต้กล้องจุลทรรศน์จะเห็นได้ว่าพื้นผิวของโต๊ะแข็งส่วนใหญ่คล้ายกับประเทศที่มีภูเขา ด้วยเหตุผลเดียวกัน ม้าจึงต้องใช้ความพยายามอย่างมากในการเคลื่อนย้ายของหนักออกจากที่ของมัน (รูปที่ 3.31) ส่วนที่ยื่นออกมานับไม่ถ้วนเกาะติดกัน ทำให้เสียรูปและป้องกันไม่ให้หนังสือหรือโหลดเลื่อน ดังนั้นแรงเสียดทานสถิตจึงเกิดจากแรงปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลเดียวกันกับแรงยืดหยุ่นปกติ
เมื่อร่างหนึ่งเลื่อนบนพื้นผิวของอีกร่างหนึ่ง ตุ่มจะ "แตกเป็นเสี่ยง" และทำลายพันธะโมเลกุลที่ไม่สามารถทนต่อภาระที่เพิ่มขึ้นได้ การตรวจจับ "การบิ่น" ของ tubercles นั้นไม่ยาก: ผลของ "การบิ่น" ดังกล่าวคือการสึกหรอของชิ้นส่วนที่ถู
ดูเหมือนว่ายิ่งขัดพื้นผิวอย่างระมัดระวัง แรงเสียดทานก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ในระดับหนึ่งก็เป็นเช่นนั้น การเจียรช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างแท่งเหล็กสองแท่ง แต่ไม่สิ้นสุด ด้วยความเรียบของพื้นผิวที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แรงเสียดทานก็เริ่มเพิ่มขึ้น ประเด็นต่อไปนี้คือ
เมื่อพื้นผิวเรียบขึ้น พวกมันจะชิดกันมากขึ้นเรื่อยๆ อย่างไรก็ตาม ตราบใดที่ความสูงของสิ่งผิดปกตินั้นสูงกว่ารัศมีโมเลกุลหลายรัศมี จะไม่มีแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลของพื้นผิวที่อยู่ติดกัน (ยกเว้นการกระแทกเอง) ท้ายที่สุด สิ่งเหล่านี้เป็นกองกำลังระยะสั้นมาก การกระทำของพวกเขาขยายออกไปในระยะทางหลายรัศมีโมเลกุล เมื่อได้ความสมบูรณ์แบบของการเจียรแล้ว พื้นผิวจะเข้าใกล้มากจนแรงดึงดูด (การยึดเกาะ) ของโมเลกุลจะครอบคลุมส่วนสำคัญของพื้นผิวสัมผัสของแท่งเหล็ก แรงเหล่านี้จะเริ่มป้องกันการเคลื่อนตัวของแท่งเหล็กที่สัมพันธ์กัน ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของแรงเสียดทานสถิต
เมื่อแท่งเรียบเลื่อน พันธะโมเลกุลระหว่างโมเลกุลบนพื้นผิวของแท่งจะแตก เช่นเดียวกับพันธะในตุ่มจะถูกทำลายบนพื้นผิวที่ขรุขระ การแตกร้าวของพันธะโมเลกุลเป็นสิ่งสำคัญที่ทำให้แรงเสียดทานแตกต่างจากแรงยืดหยุ่นในกรณีที่ไม่เกิดการแตกร้าวดังกล่าว นั่นคือเหตุผลที่แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับความเร็ว
ด้านล่างนี้เราจะพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับแรงเสียดทานแต่ละประเภท
แรงเสียดทานของส่วนที่เหลือ
สมมุติว่าคุณต้องย้ายตู้เสื้อผ้า คุณดำเนินการด้วยแรงในแนวนอน แต่ตู้ไม่ขยับ
สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อแรงที่กระทำกับตู้ได้รับการชดเชย (สมดุล) ด้วยแรงอื่น แรงนี้ ซึ่งเท่ากับค่าสัมบูรณ์กับแรงที่คุณกระทำและพุ่งตรงไปตรงข้ามกับแรงนั้น คือแรงเสียดทานสถิต
แรงเสียดทานสถิตคือแรงที่กระทำต่อวัตถุที่กำหนดจากด้านข้างของวัตถุอื่นที่สัมผัสกับวัตถุนั้นตามพื้นผิวสัมผัสของวัตถุในกรณีที่วัตถุหยุดนิ่งโดยสัมพันธ์กัน
คุณเริ่มผลักตู้หนักขึ้น แต่ตู้ก็ยังเข้าที่ ซึ่งหมายความว่าแรงเสียดทานสถิตเพิ่มขึ้นในเวลาเดียวกัน
แรงเสียดทานสถิตมีค่าเท่ากับค่าสัมบูรณ์และตรงข้ามกับแรงที่กระทำต่อร่างกายขนานกับพื้นผิวที่สัมผัสกับวัตถุอื่น หากไม่มีแรงกระทำขนานกับพื้นผิวนี้ แรงเสียดทานสถิตจะเป็นศูนย์
โดยการเพิ่มแรงที่กระทำต่อตู้ในที่สุด คุณจะย้ายตู้ออกจากตำแหน่งในที่สุด ดังนั้น แรงเสียดทานสถิตอาจแตกต่างกันจากศูนย์ถึงค่าสูงสุดบางค่า ค่าสูงสุดของแรงเสียดทานที่ยังไม่มีการเลื่อนเกิดขึ้นเรียกว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุด หากแรงที่กระทำต่อวัตถุที่อยู่นิ่งอย่างน้อยมากกว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุดเล็กน้อย ร่างกายจะเริ่มเลื่อน
ให้เราหาว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุดขึ้นอยู่กับอะไร เมื่อต้องการทำสิ่งนี้ ให้วางบล็อกไม้หนักๆ ไว้บนโต๊ะ และเริ่มดึงมันด้วยไดนาโมมิเตอร์ (รูปที่ 3.32) การอ่านค่าไดนาโมมิเตอร์ในขณะที่แท่งเริ่มเคลื่อนที่จะถูกบันทึก สอดคล้องกับแรงเสียดทานสถิตสูงสุด (โมดูลัสของมัน) เราจะโหลดแท่งน้ำหนักเพิ่มน้ำหนักของแท่งดังนั้นและแรงปฏิกิริยาสนับสนุนสองสามครั้ง ฯลฯ โปรดทราบว่าโมดูลัสของแรงเสียดทานสถิตสูงสุด F สูงสุดยังเพิ่มขึ้นสองสามครั้ง ฯลฯ .
ข้าว. 3.32
ประสบการณ์ของเราและการทดลองอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันทำให้เราสรุปได้ว่าค่าสูงสุดของโมดูลัสแรงเสียดทานสถิตเป็นสัดส่วนโดยตรงกับโมดูลัสของแรงปฏิกิริยาสนับสนุน:
โดยที่ μ คือสัมประสิทธิ์ของสัดส่วนที่เรียกว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ทำวัตถุสัมผัสคุณภาพของการรักษาพื้นผิว แต่จากประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัส ถ้าเราวางบล็อกไว้บนใบหน้าที่เล็กกว่า เราจะได้ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตเท่ากัน
ในการทดลองที่แสดงในรูปที่ 3.32 แรงเสียดทานสถิตไม่ได้ถูกนำไปใช้กับแท่งเท่านั้น แต่ยังใช้กับตารางด้วย อันที่จริง หากโต๊ะทำงานบนแท่งที่มีแรงเสียดทานสถิต tr1 ไปทางซ้าย แท่งนั้นก็จะกระทำบนโต๊ะโดยให้แรงเสียดทาน tr2 พุ่งไปทางขวา ในขณะที่ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน
เหตุใดแรงเสียดทานสถิตจึงแปรผันจากศูนย์ถึงค่าสูงสุดเท่ากับ μN นี่คือวิธีที่มันไป เมื่อแรงถูกนำไปใช้กับร่างกาย มันจะเปลี่ยนไปเล็กน้อย (มองไม่เห็นด้วยตา) การกระจัดนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าความหยาบของพื้นผิวด้วยกล้องจุลทรรศน์จะอยู่ในลักษณะที่เมื่อจับเข้าหากันจะทำให้เกิดแรงเสียดทานที่สร้างสมดุลของแรง ด้วยแรงที่เพิ่มขึ้น ร่างกายจะขยับเล็กน้อยอีกครั้งเพื่อให้ความผิดปกติของพื้นผิวที่เล็กที่สุดเกาะติดกันในลักษณะที่แตกต่างกันและแรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้น เฉพาะที่ F > F สูงสุด สำหรับการจัดเรียงพื้นผิวใดๆ ที่สัมพันธ์กัน แรงเสียดทานจะไม่สามารถสร้างสมดุลของแรงได้ และเริ่มการเลื่อน
แรงเสียดทานแบบเลื่อน
เมื่อวัตถุเลื่อนบนพื้นผิวของวัตถุอื่น แรงเสียดทานก็จะกระทำกับวัตถุนั้นด้วย - แรงของการเสียดสีแบบเลื่อน สามารถตรวจสอบได้จากประสบการณ์ ไดนาโมมิเตอร์ที่ติดอยู่กับแท่งที่มีการเคลื่อนที่สม่ำเสมอของแท่งตามพื้นผิวแนวนอน (รูปที่ 3.33) แสดงให้เห็นว่าแรงยืดหยุ่นคงที่กระทำบนแถบจากด้านข้างของสปริงของไดนาโมมิเตอร์ ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน ด้วยการเคลื่อนที่สม่ำเสมอของแท่ง (ความเร่ง a \u003d 0) ผลลัพธ์ของแรงทั้งหมดที่ใช้กับแท่งนั้นจะเป็นศูนย์ ดังนั้นนอกเหนือจากแรงยืดหยุ่น (แรงโน้มถ่วง m และแรงปฏิกิริยาของตัวรองรับมีความสมดุล) ในระหว่างการเคลื่อนไหวที่สม่ำเสมอ แรงกระทำบนแถบซึ่งเท่ากับโมดูลัสต่อแรงยืดหยุ่น แต่มุ่งตรงไปตรงข้ามกับมัน แรงนี้คือแรงเสียดทานแบบเลื่อน
ข้าว. 3.33
แรงเสียดทานแบบเลื่อนตลอดจนแรงเสียดทานสถิตสูงสุดนั้นขึ้นอยู่กับแรงปฏิกิริยารองรับ วัสดุของตัวถูและสถานะของพื้นผิว มันเป็นสิ่งสำคัญที่แรงเสียดทานจากการเลื่อนยังต้องขึ้นอยู่กับความเร็วสัมพัทธ์ของวัตถุด้วย ประการแรก แรงเสียดทานแบบเลื่อนมักจะมุ่งตรงไปตรงข้ามกับความเร็วสัมพัทธ์ของวัตถุที่สัมผัส สามารถอธิบายได้โดยใช้รูปที่ 3.34 ซึ่งแสดงวัตถุถูสองชิ้น
ข้าว. 3.34
ร่างกาย 1 เคลื่อนที่สัมพันธ์กับวัตถุ 2 ด้วยความเร็ว 1, 2 ไปทางขวา แรงเสียดทาน tr1 พุ่งไปทางซ้ายถูกนำไปใช้กับร่างกาย 1 วัตถุ 2 เคลื่อนที่สัมพันธ์กับวัตถุ 1 ไปทางซ้ายด้วยความเร็ว 2, 1 และแรงเสียดทาน mp2 ที่ใช้กับวัตถุนั้นหันไปทางขวา
ประการที่สอง โมดูลัสของแรงเสียดทานแบบเลื่อนยังขึ้นอยู่กับโมดูลัสของความเร็วสัมพัทธ์ของวัตถุถู การพึ่งพาโมดูลัสแรงเสียดทานแบบเลื่อนบนโมดูลัสความเร็วสัมพัทธ์นั้นถูกสร้างขึ้นโดยการทดลอง การพึ่งพาอาศัยกันนี้แสดงไว้ในรูปที่ 3.35 ที่ความเร็วสัมพัทธ์ต่ำของการเคลื่อนที่ของวัตถุ แรงของแรงเสียดทานแบบเลื่อนจะแตกต่างจากแรงสูงสุดของแรงเสียดทานสถิตเพียงเล็กน้อย ดังนั้นโดยประมาณจึงถือว่าคงที่และเท่ากับแรงเสียดทานสถิต:
ข้าว. 3.35
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับวัสดุบางชนิดแสดงไว้ในตารางที่ 5
ตารางที่ 5
โปรดทราบว่าโมดูลัสของแรงเสียดทาน tr มักจะน้อยกว่าโมดูลัสของแรงปฏิกิริยาของตัวรองรับ ดังนั้นสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานการเลื่อนจึงน้อยกว่าเอกภาพ ด้วยเหตุนี้ ร่างกายใดๆ ก็สามารถลากได้ง่ายกว่าการยกหรือถือ
แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับความเร็วสัมพัทธ์ของวัตถุ นี่คือความแตกต่างที่สำคัญจากแรงโน้มถ่วงและความยืดหยุ่นซึ่งขึ้นอยู่กับพิกัดเท่านั้น
คำถามสำหรับการตรวจสอบตนเอง
- วัตถุมวล m = 5 กก. อยู่บนผิวแนวนอน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน μ = 0.2 แรงในแนวราบ F = 5 N กระทำต่อร่างกาย แรงเสียดทานคืออะไรหากร่างกายหยุดนิ่ง?
